Door protonen te intercaleren in de ferromagneet Cr_1.2 van der Waals Te₂ nanovlokken heeft een groep onderzoekers met succes een magnetische faseovergang bij kamertemperatuur geïnduceerd van ferromagnetisme naar antiferromagnetisme.

Bij de samenwerking waren professoren van het High Magnetic Field Laboratory van Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences (CAS), Hefei University of Technology, South China University of Technology en University of Science and Technology of China betrokken.

Het onderzoek is onlangs gepubliceerd op Physical Review Letters .

Het beheersen van de magnetisatierichting in tweedimensionale ferromagneten is van cruciaal belang voor de ontwikkeling van supercompacte, niet-vluchtige spintronische apparaten. Bij traditionele spintronische apparaten kan de richting van de magnetisatie gewoonlijk worden gewijzigd door een lokaal magnetisch veld dat wordt geïnduceerd door stroom of door een spinoverdrachtskoppel. De hoge dragerdichtheid in rondreizende ferromagneten van Van der Waals is echter moeilijk af te stemmen, wat de vooruitgang op dit gebied heeft belemmerd.

In dit onderzoek vervaardigden de onderzoekers hoogwaardige enkele kristallen en ontdekten dat Cr_1.2 Te₂ nanovlokken die uit deze kristallen werden geëxfolieerd, vertoonden bij kamertemperatuur vierkante hysteresislussen, wat hun hoge praktische waarde bevestigde.

Uit verder onderzoek bleek dat bij T=200 K het magnetisme in een 40 nm dikke Cr_1.2 Te₂ nanoflake vertoonde een niet-monotone evolutie tegen de poortspanning. Meer specifiek, waarbij de abnormale Hall-weerstand eerst toeneemt en vervolgens afneemt.

Wanneer de elektronendoteringsconcentratie n_e =3,8×10 ²¹ cm ^-3 bij V_g =-14 V verdween de afwijkende Hall-weerstand, waardoor een mogelijke magnetische faseovergang zichtbaar werd.

Theoretische analyse toonde aan dat dotering van het elektrontype kan worden bereikt in proton-geïntercaleerd Cr_1.2 Te₂ , en een magnetische faseovergang van FM naar AFM kan worden gerealiseerd met een kritische dopingconcentratie van ongeveer 10 ²¹ cm ^-3 , wat consistent is met hun experimentele waarnemingen.

Deze FM-naar-AFM-faseovergang in een van der Waals-magneet bij kamertemperatuur zou volgens het team kunnen leiden tot verbeterde spintronische apparaten.

Meer informatie: Cheng Tan et al, Magnetische faseovergang bij kamertemperatuur in een elektrisch afgestemde van der Waals ferromagnet, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.166703

Journaalinformatie: Fysieke beoordelingsbrieven

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen