Een theoretisch-experimentele samenwerking tussen twee FLEET-knooppunten heeft nieuwe magnetische eigenschappen ontdekt binnen 2D-structuren, met opwindend potentieel voor onderzoekers in het opkomende gebied van spintronica.

Spintronic-apparaten gebruiken een kwantumeigenschap die bekend staat als spin, naast de elektronische lading van conventionele elektronica. Spintronics belooft dus ultrasnelle, energiezuinige elektronische apparaten met aanzienlijk verbeterde functionaliteit.

De RMIT-UNSW-studie ontdekte nooit eerder vertoonde magnetische eigenschappen in apparaten die bekend staan ​​als vdW-heterostructuren die uit verschillende lagen nieuwe, 2D materialen. De laatste resultaten laten zien dat vdW spintronics apparaten meer functionaliteit zou kunnen geven, vergelijken met de traditionele spintronische benaderingen. Verder onderzoek zou apparaten kunnen opleveren met belangrijke industriële toepassingen.

Tweedimensionale (2-D) ferromagnetische van der Waals (vdW) materialen zijn onlangs naar voren gekomen als effectieve bouwstenen voor een nieuwe generatie spintronische apparaten. Wanneer gelaagd met niet-magnetische vdW-materialen, zoals grafeen en/of topologische isolatoren, vdW heterostructuren kunnen worden geassembleerd om anders onbereikbare apparaatstructuren en -functionaliteiten te bieden.

De wetenschappers bestudeerden 2-D Fe ₃ GeTe ₂ (FGT), een metaal dat in een eerdere FLEET-studie veelbelovende ferromagnetische eigenschappen voor spintronische apparaten bleek te vertonen. "We ontdekten een voorheen ongeziene modus van gigantische magneto-weerstand (GMR) in het materiaal, zegt FLEET Ph.D. en studeer co-auteur Sultan Albarakati.

In tegenstelling tot de conventionele, eerder bekende twee GMR-toestanden (dwz hoge weerstand en lage weerstand) die voorkomen in dunne-film heterostructuren, de onderzoekers maten ook antisymmetrische GMR met een extra, duidelijke tussenliggende weerstandstoestand.

"Dit onthult dat vdW ferromagnetische heterostructuren aanzienlijk andere eigenschappen vertonen dan vergelijkbare structuren, ", zegt Sultan. Dit verrassende resultaat is in strijd met eerder aangenomen opvattingen over GMR. Het suggereert verschillende onderliggende fysieke mechanismen in vdW-heterostructuren met potentieel voor verbeterde magnetische informatieopslag.

Theoretische berekeningen geven aan dat de drie weerstandsniveaus het resultaat zijn van spin-momentum-locking geïnduceerde spin-gepolariseerde stroom op het grafiet/FGT-interface. "Dit werk is van groot belang voor onderzoekers in 2D-materialen, spintronica, en magnetisme, " zegt co-auteur FLEET Ph.D. Cheng Tan. "Het betekent dat traditionele magnetoweerstandsapparaten voor tunnels, spin-orbit-koppelapparaten en spin-transistors kunnen opnieuw worden onderzocht met behulp van vergelijkbare vdW-heterostructuren om vergelijkbare verrassende kenmerken te onthullen."

De studie, "Antisymmetrische gigantische magnetoweerstand in van der Waals Fe ₃ GeTe ₂ /grafiet/Fe ₃ GeTe ₂ drielagige heterostructuren, " werd gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang deze maand.

De gedetailleerde elektronentransportmetingen van het experiment werden uitgevoerd door een samenwerking van onderzoekers onder leiding van FLEET CI Prof Lan Wang (RMIT) en FLEET adjunct-directeur prof. Alex Hamilton (UNSW), met behulp van heterostructuren en apparaten gefabriceerd door het team van prof. Wang bij RMIT.