La figura mostra l'eterostruttura di van der Waals (vdW) di G/FL-CrI3/Gr (G:grafene, FL:pochi strati, CrI3:ioduro di cromo(III), Gr:grafite) utilizzato nello studio della microscopia a effetto tunnel (STM). (a) L'illustrazione schematica e (b) l'immagine ottica del setup sperimentale. Il campione è costituito da grafene monostrato che ricopre l'FL-CrI3 impilato su scaglie di grafite (G/FL-CrI3/Gr). (c) La struttura atomica del monostrato CrI3 (vista dall'alto). Le immagini STM dipendenti dal bias di G/FL-CrI3/Gr mostrano il reticolo di grafene (d) - preso a Vs=-0.3V e (e) reticolo CrI3 - preso a Vs=2.5V con struttura atomica sovrapposta del monostrato CrI3 (I gli atomi sul piano atomico inferiore vengono rimossi per chiarezza). Credito: Comunicazioni sulla natura
Gli scienziati del NUS hanno dimostrato un approccio generale per caratterizzare la struttura atomica e le proprietà elettroniche e magnetiche degli isolanti magnetici bidimensionali (2-D) utilizzando la microscopia a scansione a tunnel.
La recente scoperta dei magneti 2-D e lo sviluppo dell'ingegneria dell'eterostruttura di van der Waals (vdW) offrono opportunità senza precedenti non solo per esplorare l'eccitante fisica del magnetismo in dimensioni ridotte, ma anche per sviluppare dispositivi spintronici di nuova generazione per applicazioni di tecnologia quantistica. Ulteriori sviluppi in quest'area riguardano la comprensione a livello atomico delle proprietà elettroniche e magnetiche dei magneti 2-D e delle loro eterostrutture. Sfortunatamente, l'applicazione diretta delle tecniche convenzionali di microscopia a scansione a effetto tunnel (STM) per saperne di più sulle proprietà del materiale non funziona bene per gli isolanti magnetici 2-D. L'imaging STM si basa sull'effetto tunnel quantistico, per cui gli elettroni passano dalla punta atomicamente affilata ai campioni conduttori o viceversa. Non può essere applicato per studiare materiali sfusi isolanti in quanto manca un percorso conduttivo.
Un team di ricerca NUS guidato dal Prof Jiong Lu del Dipartimento di Chimica, NUS ha dimostrato l'applicazione di STM per studiare ioduro di cromo (III) antiferromagnetico isolante (CrI 3 ) incorporandoli con eterostrutture vdW a base di grafene (vedi Figura). Questo lavoro è in collaborazione con il Prof Kostya S. Novoselov del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, NU. La loro tecnica amplia la capacità di STM consentendogli di studiare i materiali isolanti per ottenere informazioni sull'ordinamento magnetico nei magneti 2-D.
Ricoprendo il materiale in esame con un singolo strato di grafene, il team di ricerca è in grado di ottenere l'ordine di impilamento e l'accoppiamento magnetico interstrato di CrI . esfoliato 3 che ha uno spessore di pochi strati utilizzando l'imaging STM in condizioni di bassa temperatura. Hanno anche identificato la struttura magnetica e dimostrato che l'imaging STM può distinguere tra le strutture ferromagnetiche e antiferromagnetiche di CrI 3 (pochi strati di spessore). Ciò è dovuto alla peculiare interazione degli stati magnetici con il grafene sovrapposto.
Il professor Lu ha detto, "Il nostro approccio è di natura generale, e rappresenta una svolta nel campo della caratterizzazione su scala atomica della struttura atomica, proprietà elettroniche e magnetiche di vari isolanti magnetici e loro eterostrutture vdW. Può facilitare lo sviluppo di isolatori magnetici 2-D per dispositivi spintronici di prossima generazione
