一种由反铁磁下层(FePS3)和铁磁上层(Fe5GeTe2）
FePS中交换偏置效应的电气控制3.-Fe5GeTe2通过质子插层的范德华异质结构
本周发表的一项由rmit领导的国际合作首次在范德华(vdW)异质结构中观察到电门控制的交换偏压效应，为未来的节能，超越cmos电子产品提供了一个有前途的平台。
交换偏倚(EB)效应起源于层间磁耦合，自发现以来在基础磁学和自旋电子学中发挥了重要作用。
虽然通过电子门控制电子流效应一直是自旋电子学的重要目标，但到目前为止，只证明了非常有限的电可调谐电子流效应。
在AFM-FM结构中的电门操纵EB效应使可扩展的节能自旋轨道逻辑成为可能，这对于未来低能量电子技术中的超coms器件非常有前景。
电子束效应的“阻塞”温度可以通过一个电门有效地调节，这将允许电子束场在未来的自旋电子晶体管中被“打开”和“关闭”。
由澳大利亚皇家理工大学(RMIT University)和中国华南理工大学(South China University of Technology)的研究人员领导的fleet合作首次证实了vdW异质结构中EB效应的电气控制。
AFM-FM中交换偏置效应的实现异质结构
舰队研究员Sultan Albarakati博士(皇家理工学院)
vdW磁性材料的出现促进了vdW磁性和自旋电子器件的发展，为探索本质界面磁耦合机制提供了理想的平台。
利用电子门控制由AFM-FM界面耦合引起的单向各向异性EB效应是自旋电子学的一个重要目标。到目前为止，在一些氧化物多铁薄膜系统中已经实验证明了非常有限的电可调谐电子束效应。虽然vdW磁异质结构为研究电子束效应提供了改进的平台，但这些异质结构尚未表现出电门控制的电子束效应。
该研究的第一作者、FLEET研究员Sultan Albarakati博士(RMIT)说:“我们在基于vdW异质结构的纳米器件方面获得了很多经验，我们决定是时候利用一些方法，比如电动门，来控制FM/AFM双层中的磁性。”
“此外，我们熟悉质子插层，这是一种调节材料电荷密度的有效工具。”
该团队设计了三层FM/AFM/固体质子导体的纳米器件结构，并选择了Neel温度更高的vdW材料FePS3.，作为AFM层。
该装置:固体质子场效应晶体管(SP-FET)将AFM-FM异质结构安装在电触点(金)上，安装在固体质子导体(SPC)和栅电极(Pt)上。
“FM层的选择有点棘手，”合著者Cheng Tan博士(RMIT)说。
“根据我们之前的结果，EB效应可能发生在质子插层的铁中3.GeTe2，而在Fe5GeTe2(F5GT)不同厚度的质子插层均不能产生电子束效应。因此，我们选择F5GT作为FM层，”Cheng说。
由此产生的异质结构包括:
- 反铁磁(AFM)层FePS3.(FPS)
- 铁磁(FM)层Fe5GeTe2(F5GT)
一般情况下，电子束效应被认为是一种界面效应，随着FM层厚度的增加，电子束效应将会减弱。而较薄的F5GT纳米薄片(<10 nm)可以产生极大的矫顽力(Hc~2 T)，由于层内缺陷钉住，这使得在FM/AFM双分子层中产生EB效应更加困难，因为缺陷钉住引起的能垒可能比单向各向异性引起的能垒更大。
通过光学显微镜(左)和原子力显微镜(右)对设备进行成像
“我们的实验观察结果与此一致，”合著者郑国林博士(RMIT)解释说。“当F5GT的厚度小于10 nm时，没有发生EB效应。幸运的是，经过多次测试，我们发现当F5GT层厚度在12 ~ 20 nm范围内时，EB效应可以在FPS-F5GT异质界面中存在。”
“然后我们可以进一步探索FPS-F5GT中质子插层的影响。郭林说。
通过质子插层电控制交换偏置效应
随后，该团队在FPS-F5GT中成功地进行了质子插层，并观察到了不同栅极电压下EB场的位移。
研究人员郑国林博士(RMIT)
“EB效应的阻塞温度可以通过电动门有效地调节。更有趣的是，在不同的门电压下，EB场可以重复地开关‘开’和‘关’，”Guolin说。
华南理工大学的合作者进行了进一步的理论计算，进一步证实了质子插层不仅调整了平均磁交换耦合，而且还改变了FePS中的反铁磁配置3.层。
“基于我们的计算，依赖于门的EB效应可以很好地解释，”论文作者A/王兰教授(也是RMIT的)说。“在不同的质子插层下，受影响的AFM-FM耦合诱导了单向各向异性能量和FPS的转换3.无补偿AFM和补偿AFM之间的差异导致了各种有趣的现象。”
“再次，这项研究是向未来低能量电子产品的vdW异质结构磁逻辑迈出的重要一步。”
这项研究
A/ 100班洁净室的王兰教授
皇家墨尔本理工
”FePS中交换偏置效应的电气控制3.−菲5GeTe2范德华异质结构，于纳米快报2022年8月。(DOI: 10.1021 / acs.nanolett.2c01370)
以及来自澳大利亚研究理事会，也提供支援中国自然科学基金,国家重点研发计划项目中央高校基本科研业务费专项资金合肥科学中心和强磁场实验室(中国)。
实验研究是在RMIT微纳米研究中心(MNRF)的维多利亚节点澳大利亚国家制造工厂(ANFF)和RMIT显微和微量分析设备(RMMF)。
自旋电子学在FLEET的使能技术B -纳米器件制造中进行研究。澳大利亚研究理事会未来低能耗电子技术卓越中心(FLEET)汇集了100多名澳大利亚和国际专家，共同致力于开发新一代超低能耗电子产品。这些工作背后的动力是日益增长的计算能源的挑战，计算消耗了全球5-8%的电力，并且每十年翻一番。
更多的信息
- 联系苏尔坦·阿尔巴拉卡提博士(皇家理工学院)sultan.albarakati@rmit.edu.au
- 联系郑国林博士(皇家墨尔本理工学院)glzheng@rmit.edu.au
- 联系A/王兰教授(皇家墨尔本理工大学)lan.wang@rmit.edu.au
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