Struttura di cristallo, che mostra atomi di ferro (rosso) nella struttura di tantalio-solfuro. Credito:FLEET
Le interazioni magnetico-spin che consentono la manipolazione dello spin mediante controllo elettrico consentono potenziali applicazioni in dispositivi spintronici ad alta efficienza energetica.
Uno scambio antisimmetrico noto come interazioni Dzyaloshinskii-Moriya (DMI) è vitale per formare varie trame di spin chirali, come skyrmions, e consente la loro potenziale applicazione in dispositivi spintronici ad alta efficienza energetica.
Pubblicato questa settimana, una collaborazione cinese-australiana ha illustrato per la prima volta che il DMI può essere indotto in un materiale stratificato tantalio-solfuro (TaS 2 ) intercalando atomi di ferro, e può essere ulteriormente sintonizzato mediante intercalazione protonica indotta da gate.
Alla ricerca di materiali a strati che ospitano trame di spin chirali, come skyrmions, dominio chirale Walls è vitale per ulteriori nanodispositivi a bassa energia, poiché quelle trame di spin chirali sono elementi costitutivi per dispositivi spintronici topologici e possono essere guidate da una densità di corrente ultrabassa.
In genere, le trame di spin chirale sono stabilizzate da DMI. Perciò, l'introduzione e il controllo del DMI nei materiali è fondamentale per la ricerca e la manipolazione delle trame di spin chirali.
"Il solfuro di tantalio è una delle grandi famiglie di dicalcogenuri di metalli di transizione (TMDC) studiati da FLEET per applicazioni a bassa energia, " dice il primo autore dello studio, Fellow Research Fellow Dr. Guolin Zheng (RMIT).
Dispositivo Hall-bar su conduttore di protoni solido, utilizzato per misurare la resistività di Hall in diverse condizioni. Credito:FLEET
Il team ha innanzitutto realizzato con successo un DMI considerevole nel materiale stratificato solfuro di tantalio (TaS 2 ) intercalando atomi di Fe.
Però, il controllo elettrico della DMI risulta essere impegnativo:
"Sia i convenzionali gate di campo elettrico, e la tecnica alternativa ampiamente utilizzata dello ione liquido (Li + ) gating hanno incontrato ostacoli nel controllo elettrico del DMI nei ferromagneti itineranti, perché il campo elettrico e Li + può solo modulare i vettori vicino alla superficie, " spiega Guolin.
Per affrontare questa limitazione nella messa a punto della DMI, il gruppo di RMIT ha recentemente sviluppato una nuova tecnica di gate protonico, e ha illustrato con successo che il DMI può essere notevolmente controllato da intercalazioni protoniche indotte da gate.
Aumentando l'intercalazione dei protoni per la tensione di gate, il team è stato in grado di modificare significativamente la densità della portante e ottimizzare ulteriormente il DMI tramite il meccanismo Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY), che si riferisce all'accoppiamento dei momenti magnetici nucleari.
Credito:FLEET
"La resistività di Hall topologica osservata dopo l'intercalazione protonica è stata aumentata di più di quattro volte sotto pochi volt, indicando un enorme aumento del DMI, " dice il co-autore A/Prof Lan Wang (anche a RMIT).
"La messa a punto di successo di DMI in magnete chirale Fe-intercalato TaS 2 tramite la porta protonica consente un controllo elettrico delle trame di spin chirali e le potenziali applicazioni in dispositivi spintronici ad alta efficienza energetica, ", afferma il co-autore Prof Mingliang Tian, che è un ricercatore partner della FLOTTA e direttore dell'organizzazione partner del Centro, il laboratorio ad alto campo magnetico (provincia di Anhui, Cina).
"La personalizzazione dell'interazione Dzyaloshinskii-Moriya in un dichalcogenuro di metalli di transizione mediante doppia intercalazione" è stata pubblicata in Comunicazioni sulla natura nel giugno 2021.
