通过插入铁原子、质子诱导和调节层状材料中的自旋相互作用| ARC未来低能电子技术卓越中心

第一作者，舰队研究员郑国林博士

磁自旋相互作用，允许自旋操纵的电气控制，允许潜在的应用在节能自旋电子设备。

一种被称为Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI)的反对称交换对于形成各种手性自旋纹理(如skyrmions)至关重要，并允许它们在节能自旋电子器件中的潜在应用。

本周发表的一项中国和澳大利亚的合作首次表明，DMI可以在层状材料硫化钽(TaS)中诱导₂)，并可通过栅极诱导的质子插层进一步调节。

寻找具有手性自旋纹理的分层材料，如skyrmions，手性畴壁对于进一步的低能纳米器件至关重要，因为这些手性自旋纹理是拓扑自旋电子器件的构建块，可以由超低电流密度驱动。

晶体结构，显示铁原子(红色)在硫化钽结构

一般来说，DMI可以稳定手性自旋结构。因此，在材料中引入和控制DMI是研究和控制手性自旋结构的关键。

该研究的第一作者，FLEET研究员郑国林博士(RMIT)说:“硫化钽是FLEET研究的用于低能量应用的过渡金属二硫化物(TMDCs)的一大家族之一。”

该团队首次成功地在层状材料硫化钽(TaS)中实现了相当大的DMI₂)通过插入铁原子。

然而，用电控制DMI是一项挑战:

“无论是传统的电场门控，还是广泛使用的替代技术离子液体(Li⁺)在流动铁磁体DMI的电气控制中遇到了障碍，因为电场和Li⁺只能调节接近表面的载流子，”郭林解释道。

为了解决调节DMI的这一限制，RMIT的研究小组最近开发了一种新的质子门技术，并成功地证明了DMI可以通过门诱导的质子插层显著控制。

固体质子导体上的霍尔杆装置，用于测量不同条件下的霍尔电阻率

通过门电压增加质子插层，该团队能够显著改变载流子密度，并通过ruderman - kittell - kasuya - yosida (RKKY)机制进一步调整DMI，该机制指的是核磁矩的耦合。

“在几伏特的电压下，观察到的质子插层后的拓扑霍尔电阻率增加了四倍以上，这表明DMI有了巨大的增加，”合著者a /王兰教授(也是RMIT的)说。

“DMI在手性磁铁铁插层TaS中的成功调谐₂通过质子门，可以对手性自旋纹理进行电气控制，以及在节能自旋电子器件中的潜在应用，”合著者田明亮教授说，他是FLEET合作伙伴研究员，也是该中心合作伙伴组织高磁场实验室(中国安徽省)的主任。

以及来自澳大利亚研究理事会，亦由国家自然科学基金国家重点研发计划项目中国科学院(中科院;青年创新促进会和百人计划)强磁场实验室(中国)。

通过插入铁原子、质子来诱导和调节层状材料中的自旋相互作用