De ongebruikelijke elektronische en magnetische eigenschappen van van der Waals (vdW) materialen, opgebouwd uit vele 'gestapelde' 2D-lagen, bieden potentieel voor toekomstige elektronica, inclusief spintronica.

In een recente studie, FLEET-onderzoekers van RMIT ontdekten dat een veelbelovend kandidaatmateriaal, Fe ₃ GeTe ₂ (FGT), past precies - op voorwaarde dat het is gemaakt in lagen van slechts 200 miljoenste van een millimeter dik.

Dit baanbrekende werk maakt de weg vrij voor een nieuw onderzoeksveld, namelijk, vdW heterostructuur gebaseerde spintronica.

Tweedimensionale vdW-materialen zijn potentiële bouwstenen voor nieuwe, hoogwaardige elektronische, elektro-optisch, en fotonische apparaten.

Echter, hun toepassing in spintronica is beperkt omdat zo weinig materialen de vereiste magnetische eigenschappen vertonen.

Voor serieuze overweging in spintronica, een vdW ferromagnetisch metaal met hardmagnetische eigenschappen en een bijna vierkante hysteresislus is onmisbaar. Loodrechte magnetische anisotropie is ook gunstig.

De RMIT-onderzoekers van FLEET voerden afwijkende Hall-effectmetingen uit op Fe . met één kristal ₃ GeTe ₂ (FGT) nanovlokken, het oplossen van de gewenste magnetische eigenschappen wanneer de dikte van het monster werd verminderd tot minder dan 200 nm.

De onderzoekers waren gemotiveerd om de verbeterde eigenschappen van FGT bij atomair dunne diktes te onderzoeken.

"FGT wordt al lang beschouwd als een veelbelovend vdW ferromagnetisch metaal", legt hoofdauteur Cheng Tan uit. "Maar de ferromagnetische eigenschappen (een zeer kleine MR/MS-verhouding en coërciviteit bij alle temperaturen) suggereerden een beperkt potentieel als bouwsteen voor vdW magnetische heterostructuren".

Echter, die eigenschappen zijn sterk afhankelijk van de dikteafhankelijke domeinstructuur, en moleculaire bundelepitaxie (MBE) gegroeid, FGT-dunne films op wafelschaal hebben verbeterde magnetische eigenschappen.

"Dus we verminderden de dikte en bleven meten, " legt Tan uit.

Hall-effectmetingen op monokristallijne FGT-nanovlokken toonden aan dat magnetische eigenschappen sterk afhankelijk zijn van de dikte, en dat door de dikte te verminderen tot minder dan 200 nm, de vereiste eigenschappen kunnen worden bereikt, waardoor vdW FGT een ferromagnetisch metaal is dat geschikt is voor op vdW heterostructuur gebaseerde spintronica.

Andere onderzoekers zullen voortbouwen op de resultaten.

Om andere kandidaatmaterialen beter te identificeren, de onderzoekers ontwikkelden een model dat gegeneraliseerd kan worden voor vdW ferromagnetische dunne films of nanoflakes, wat nieuwe onderzoekspaden zal openen voor diegenen die het mogelijke bestaan ​​van magnetische koppeling tussen vdW-atoomlagen bestuderen.

"Het is spannend, pionierswerk, ", zegt onderzoeksthemaleider Lan Wang. "En het maakt de weg vrij voor een nieuw onderzoeksveld:vdW heterostructures-based spintronics".

Gestapeld met andere vdW nanoflakes, Fe ₃ GeTe ₂ nanovlokken kunnen worden gebruikt in een verscheidenheid aan apparaten die gigantische magnetoweerstand en tunneling-magnetoweerstand vertonen. Spin-orbittorsie- en spin-veldeffecttransistorinrichtingen zijn verdere mogelijkheden.

De mogelijkheid bestaat om veel apparaten te ontwerpen en te fabriceren op basis van vdW-magneten. Bijvoorbeeld, magnetiseren van 2D topologische isolatoren, of stapelen van vdW ferromagnetische metalen voor spin-orbit-torsieapparaten.

De studie Hardmagnetische eigenschappen in nanoflake van der Waals Fe ₃ GeTe ₂ , gepubliceerd in Natuurcommunicatie in april, werd tentoongesteld in april Natuurcommunicatie Gecondenseerde materie van de redactie Hoogtepunten, gekozen door Natuur redacteur Yu Gong (magnetische materialen en spintronica).

Naast de financiering van het Centre of Excellence door de Australian Research Council, onderzoek werd ondersteund door het Institute for Information &Communications Technology Promotion (IITP), het basiswetenschappelijk onderzoeksprogramma, en de National Research Foundation (NRF) van Korea.

VLOOT &nanofabricage

Wang, Tan en Albarakati zijn lid van FLEET, een door de Australische overheid gefinancierd onderzoekscentrum dat een nieuwe generatie elektronica met ultralage energie ontwikkelt.

Het onderzoek van FLEET bevindt zich op de grens van wat mogelijk is in de fysica van de gecondenseerde materie. Nanofabricage van functionerende apparaten zal de sleutel zijn tot het succes van het Centrum, gecoördineerd binnen FLEET via Enabling technology B, geleid door Lan Wang en die elk van de drie onderzoeksthema's van het Centrum met elkaar verbindt.

FLEET combineert de Australische kracht op het gebied van micro- en nanofabricage met toonaangevende expertise in de fabricage van heterostructuren van Van der Waals om de capaciteit op te bouwen voor geavanceerde fabricage van atomair dunne apparaten.

Wang's groep bij RMIT heeft onlangs methoden ontwikkeld om dergelijke structuren op nanoschaal te bouwen, nodig om een ​​nuldissipatie elektrische stroom te bereiken, bestaande uit twee gestapelde, 2D halfgeleiders.

Samengebonden door van der Waals (vdW) krachten, en bestaande uit tweeling, ongelijksoortig, atomair dunne lagen, dergelijke structuren staan ​​bekend als van der Waals heterostructuren.

Deze nanostructuren zijn de sleutel tot FLEET's onderzoeksthema 1 (topologische materialen) en onderzoeksthema 2 (exciton-superfluïden).