合作将为未来更快、低能量的自旋电子学解锁新的磁性能

•rmit -新南威尔士大学的合作结合了理论和实验专业知识
•“自旋电子学”应用有望实现更快、更高效的计算
•2D Fe的新磁性能3.GeTe2(燃煤)发现

跨越两个FLEET节点的理论-实验合作发现了二维结构中的新磁性，对新兴“自旋电子学”领域的研究人员具有令人兴奋的潜力。

自旋电子元件利用一种被称为“自旋”的量子性质，除了传统电子学的电荷。

因此，自旋电子学有望在功能显著增强的情况下实现超高速低能电子设备。

自旋电子元件除了传统电子学中使用的电子“电荷”之外，还可以使用一种被称为“自旋”的量子特性。
传统设备的单个“位”可以有两种状态:表示为0和1。因此，传统电子器件的计算能力增加了2的比特数次方(2n)。1位= 2状态，2位= 4状态，3位= 8状态，1000位= 10状态300州。
相比之下，自旋电子设备的单个“位”有四种状态:0自旋向上，0自旋向下，1自旋向上，1自旋向下。因此，它的功率增加了4的比特数的幂(4n)。1位= 4状态，2位= 16状态，3位= 64状态，1000位= 10状态600州。

rmit -新南威尔士大学的研究发现，在由多层新型二维材料组成的vdW异质结构器件中，发现了从未见过的磁性。

最新的研究结果表明，与传统的自旋电子学方法相比，vdW自旋电子学可以为器件提供更多的功能。进一步的研究可以产生具有重要工业应用的设备。

背景

二维(2D)铁磁范德华(vdW)材料最近成为新一代“自旋电子”器件的有效构件。

当与非磁性vdW材料(如石墨烯和/或拓扑绝缘体)分层时，可以组装vdW异质结构，以提供否则无法实现的器件结构和功能。

所研究的材料为2D Fe3.GeTe2(FGT)，在之前的FLEET研究中发现，一种金属显示出有前途的自旋电子器件铁磁性。

令人惊讶的发现

FLEET博士和研究合著者Sultan Albarakati (RMIT)说，我们发现了一种以前未见过的巨型磁电阻模式

FLEET博士和研究合著者Sultan Albarakati说:“我们在材料中发现了一种前所未闻的巨磁电阻(GMR)模式。”

与传统的，之前已知的发生在薄膜异质结构中的两种GMR状态(即高电阻和低电阻)不同，研究人员还测量了具有额外的，明显的中间电阻状态的反对称GMR。

“这表明vdW铁磁异质结构表现出与类似结构本质上不同的性质，”Sultan说。

这一令人惊讶的结果与之前对GMR的看法相反。这提示了vdW异质结构中不同的潜在物理机制，具有改进磁信息存储的潜力。

合著者，FLEET博士研究生Cheng Tan (RMIT)

理论计算表明，这三个级别的电阻是自旋动量锁定诱导自旋极化电流在石墨/FGT界面的结果。

“这项工作对二维材料、自旋电子学和磁性的研究人员具有重大意义，”该研究的合著者FLEET博士程谭说。“这意味着‘传统的’隧穿磁阻器件、自旋轨道转矩器件和自旋晶体管可能会使用类似的vdW异质结构进行重新研究，以揭示类似令人惊讶的特征。”

这项研究

研究'范德华铁中的反对称巨磁电阻3.GeTe2/石墨/铁3.GeTe2tri-layer异质结构发表于科学的进步本月。（arXiv；DOI 10.1126 / sciadv.aaw0409)

以及支持澳大利亚研究理事会，作者感谢国家重点研究与发展计划(中国)和中国科学院的支持信息与通信技术促进研究所(韩国)。

协作

定义
二维材料(也被称为“原子薄”)可以薄到只有一层原子。
巨磁电阻(GMR)是一种在交变磁层和非磁层中观察到的量子效应，常用于计算机磁盘存储单元。
自旋电子学是电子研究的一个新兴领域，其中电子的“自旋”(它们的固有角动量)除了电荷之外还被使用。
范德华斯(vdW)物质是由许多层组成的，由弱力结合在一起。最著名的vdW材料是石墨，其弱连接力允许层“剪切”，这就是为什么石墨被有效地用于铅笔芯。
VdW hetero-structures由许多不同的vdW材料组成，相互分层。

该实验的详细电子传输测量是由FLEET CI领导的研究人员合作完成的王兰教授(RMIT)和舰队副主任Alex Hamilton教授(新南威尔士大学)，使用了RMIT王教授团队制造的异质结构和设备。

理论研究由FLEET CI领导Dimi Culcer博士(新南威尔士大学)，而数据分析由RMIT和新南威尔士大学的研究人员组成的团队进行。

电子带结构的计算由赵云军领导华南理工大学(中国)。

原始研究材料是由一组研究人员合成的量子材料与超导中心(CQMS)和中国科学院．

这项研究最初是由皇家墨尔本理工学院的王兰构思和设计的。

FLEET的纳米制造

VdW异质结构在澳大利亚研究理事会卓越中心FLEET用于研究新材料的性能。

未来低能耗电子技术中心(FLEET)是由100多名研究人员组成的合作机构，旨在开发超低能耗电子产品，以应对计算中能源使用的挑战，计算已经消耗了全球8%的电力，并且每十年就会翻一番。

FLEET的研究处于凝聚态物理学的最边缘。在纳米尺度上，功能设备的纳米制造将是该中心成功的关键。

将新型原子薄，二维(2D)材料集成到高质量，高性能纳米器件所需的专门技术在该领域得到协调中心的使能技术B由RMIT的王兰领导。

FLEET的新南威尔士大学和RMIT团队之间的合作是该中心纳米器件研究的典型，它连接了FLEET的许多小组和节点。一些团队带来了设备制造方面的专业知识，而其他团队则在设备特性方面具有很强的优势。这种团队合作是现代科学的基础，由澳大利亚研究理事会卓越中心系统加速。

更多的信息

埃罗尔·亨特设备制造，新闻，皇家墨尔本理工，新南威尔士大学