Schema che mostra (a sinistra) la struttura del dispositivo, con immagine ottica del CrCl 3 /Fe 3 GeTe 2 eterostruttura sopra i contatti Pt Hall mostrati nel riquadro. (Destra) Loop Rxy~H che mostrano l'esito sperimentale dei test eseguiti sulla struttura del dispositivo utilizzando due tipi di materiali:Fe individuali 3 GeTe 2 (30 nm) e CrCl 3 (15 nm)/Fe 3 GeTe 2 (30 nm) eterostruttura, entrambi misurati a una temperatura di 2,5 K. Il grafico per Fe 3 GeTe 2 (pannello superiore) è simmetrico rispetto al punto zero lungo l'asse H. In contrasto, la trama per il CrCl 3 /Fe 3 GeTe 2 l'eterostruttura (pannello inferiore) si sposta a sinistra, indicando un bias di scambio. Credito:Nano Letters
Gli scienziati del NUS hanno scoperto il fenomeno del bias di scambio in van der Waals CrCl 3 /Fe 3 GeTe 2 eterostrutture. Il fenomeno del bias di scambio ha numerose applicazioni nei sensori magnetici e nelle testine di lettura magnetiche, che non è stato riportato prima nelle eterostrutture di van der Waals.
L'effetto di bias di scambio si manifesta come uno spostamento del ciclo di isteresi verso la direzione negativa o positiva rispetto al campo applicato. Il meccanismo è generalmente attribuito a un pinning unidirezionale di un ferromagnete (FM) da un antiferromagnete adiacente (AF). Perciò, rispetto a un singolo ferromagnete (strato libero) senza tale pinning unidirezionale, un sistema AF/FM polarizzato in scambio correttamente progettato (strato pinned) ha una direzione di magnetizzazione preferita e un campo di commutazione relativamente elevato. Così, un dispositivo costituito da uno strato bloccato e uno libero, con un distanziatore, può fungere da sensore per la direzione e l'intensità del campo magnetico. Il dispositivo avrà due stati di memoria distinti ("1" e "0") definiti dalla magnetizzazione nello strato libero, parallelo o antiparallelo allo strato fissato. Un tale dispositivo, ben note come valvole di rotazione e giunzioni a tunnel magnetico, sono ampiamente incorporati nelle tecnologie di memoria come i supporti di memorizzazione, sensori di lettura, e memoria magnetica ad accesso casuale.
L'effetto del bias di scambio è stato replicato in un'ampia gamma di interfacce AF/FM, Per esempio, i doppi strati metallici IrMn/NiFe ampiamente utilizzati nelle testine di lettura commerciali. Se questi sistemi a doppio strato AF/FM sono costituiti da eterostrutture magnetiche di van der Waals che mostrano un effetto di polarizzazione di scambio, potrebbe essere vantaggioso per i dispositivi avvicinarsi potenzialmente a dimensioni atomicamente sottili ed essere più flessibili.
Un team guidato dal professor Andrew Wee, Dipartimento di Fisica e Centro Materiali 2-D Avanzati, NU, ha scoperto la presenza dell'effetto di bias di scambio in CrCl . esfoliato meccanicamente 3 /Fe 3 GeTe 2 , un'eterostruttura di van der Waals. I ricercatori hanno fabbricato un dispositivo di prova trasferendo sottili scaglie di CrCl 3 e Fe 3 GeTe 2 su un SiO 2 /Si substrato. Il valore misurato del campo polarizzato per il dispositivo di prova è superiore a 50 mT (a una temperatura di 2,5 K). Questo è paragonabile ai valori riportati nei multistrati metallici AF/FM con polarizzazione dello scambio convenzionale. Inoltre, il campo polarizzato è altamente sintonizzabile e può essere regolato modificando il processo di raffreddamento del campo e lo spessore dell'eterostruttura. Il team di ricerca ha anche proposto un modello teorico che spiega che le configurazioni di spin in CrCl 3 gioca un ruolo cruciale nell'effetto di distorsione dello scambio nell'eterostruttura.
"La nostra osservazione è di immensa importanza poiché convalida l'esistenza dell'effetto di distorsione dello scambio in un'interfaccia di van der Waals 2-D, che affronta un problema chiave nella comunità di ricerca 2-D, ", ha detto il professor Wee.
Il lavoro è una collaborazione con il Prof Zhang Wen della Northwestern Polytechnical University, China (ex ricercatore nel gruppo del Prof Wee) e il Prof Zhai Ya della Southeast University, Cina.
Prossimo, il team mira a incorporare tali eterostrutture in dispositivi flessibili funzionali, con uno spessore molto ridotto e una temperatura di lavoro aumentata.
