Antiferromagnetische materialen, materialen waarin atomen zo zijn gerangschikt dat alle aangrenzende atomen anti-parallel zijn (d.w.z. wijzend in de tegenovergestelde richting), kunnen verschillende voordelige eigenschappen hebben voor de ontwikkeling van apparaten. Vanwege hun snelle spindynamiek en verwaarloosbare strooivelden kunnen ze bijzonder gunstig zijn voor het maken van snelle geheugenapparaten met veel opslagcapaciteit en een laag stroomverbruik.

Voordat dit kan gebeuren, moeten ingenieurs echter in staat zijn om de elektrische stroom en rotatie van momenten (d.w.z. een maatstaf voor de neiging van een kracht om een ​​lichaam te laten roteren) in antiferromagnetische materialen efficiënt te detecteren en te regelen. Tot nu toe is dit een uitdaging gebleken, vooral bij het gebruik van conventionele meetmethoden.

Onderzoekers van Tsinghua University, ShanghaiTech University en Beijing University of Technology hebben onlangs een nieuwe methode bedacht om de spinstroom en antiferromagnetische momenten in antiferromagnetische materialen te regelen. In hun paper, gepubliceerd in Nature Electronics , hebben ze dit specifiek aangetoond met behulp van bilayer (Bi,Sb)₂ Te₃ /α-Fe₂ O₃ , een structuur die een topologische isolator en een antiferromagnetische isolator bevat.

"Ons recente werk is gebaseerd op een van onze eerdere artikelen, gepubliceerd in Physical Review Letters (PRL ),", vertelde Cheng Song, een van de onderzoekers die het onderzoek uitvoerde, aan TechXplore. "In de PRL paper hebben we aangetoond dat het antiferromagnetisch moment wordt omgeschakeld met spinstroom van het spin Hall-effect. In onze nieuwe studie wilden we de interactie aantonen tussen antiferromagnetische momenten en spinstroom van topologische oppervlaktetoestanden, aangezien de topologische oppervlaktetoestand efficiënter zou zijn bij lading-spinconversie."

Song en zijn collega's toonden aan dat de oriëntatie van antiferromagnetische momenten in de antiferromagnetische isolatorcomponent van hun monster (α-Fe₂ O₃ ) zou de spinstroomreflectie kunnen moduleren op het grensvlak met de (Bi,Sb)₂ Te₃ laag. Als gevolg hiervan kon de momentrotatie in het antiferromagnetische materiaal worden geregeld via de spinstroom, met name door een gigantische spin-orbit-toque die wordt gegenereerd door de ( Bi, Sb)₂ Te₃ de topologische oppervlaktetoestand van de laag.

"Spinstroom kan worden gegenereerd via topologische oppervlaktetoestanden van topologische isolatoren en vervolgens worden geïnjecteerd in aangrenzende antiferromagnetische isolatoren", legt Song uit. "De efficiënte spin-ladingconversie kan zorgen voor een grote magnetoweerstandsrespons (antiferromagneetregeling van spinstroom) en een lage schakelstroomdichtheid (spinstroomregeling van antiferromagneet)."

In eerste experimenten ontdekten Song en zijn collega's dat hun methode hen met succes in staat stelde om antiferromagnetische momenten in hun materiaalmonster te beheersen. Ze registreerden ook een veelbelovende schakelstroomdichtheid (d.w.z. een zeer belangrijke parameter voor de ontwikkeling van geheugenapparaten).

"Met behulp van Sb-composities hebben we het Fermi-niveau en de resulterende magnetoweerstand bij kamertemperatuur afgestemd (waargenomen in een zeer smal gebied), " zei Song. "De Sb ~0,75 komt overeen met Fermi Level dat zich op het Dirac-punt bevindt, wat leidt tot een lage schakelstroomdichtheid van ~10^6 A cm^-2."

De bevindingen die door dit team van onderzoekers zijn verzameld, benadrukken de potentiële waarde van hun aanpak voor het verkrijgen van meer controle over apparaten op basis van antiferromagnetische materialen. In de toekomst hopen ze dat dit de weg vrijmaakt voor de generatie van nieuwe random access memory-apparaten van de volgende generatie.

"In onze volgende onderzoeken zullen we proberen een topologische isolator te combineren met een antiferromagnetisch willekeurig toegankelijk geheugen", voegde Song eraan toe. "We zijn ook van plan om het lezen mogelijk te maken via magnetische tunnelovergangen en het schrijven door topologische oppervlaktetoestanden." + Verder verkennen

Antiferromagnetische hybriden bereiken belangrijke functionaliteit voor spintronische toepassingen

© 2022 Science X Network