Purdue universiteto mokslininkai sukasi dvigubus antiferomagnetų sluoksnius, kad parodytų derinamą muaro magnetizmą.

Twistronics nėra naujas šokių judesys, treniruokliai ar muzikos mada. Ne, tai daug šauniau nei kas nors panašaus. Tai įdomi nauja kvantinės fizikos ir medžiagų mokslo plėtra, kai van der Waalso medžiagos yra sukrautos viena ant kitos sluoksniais, kaip popieriaus lapai krūvoje, kuri gali lengvai susisukti ir pasisukti išlikdama plokščia, o kvantiniai fizikai panaudojo šias krūvas. atrasti įdomių kvantinių reiškinių.

Pridėjus kvantinio sukimosi sąvoką su susuktais dvisluoksniais antimagnetų sluoksniais, galima turėti derinamą muaro magnetizmą. Tai rodo naują medžiagų platformų klasę kitam spinelektronikos žingsniui: spintronikai. Šis naujas mokslas gali padėti sukurti daug žadančius atminties ir sukimosi logikos įrenginius, atveriančius fizikos pasaulį visiškai naujam keliui su spintronikos programomis.

Sukant van der Waalso magnetus gali atsirasti netiesinės magnetinės būsenos su dideliu elektriniu derinamumu. Kreditas: Ryanas Allenas, „Second Bay Studios“.

Purdue universiteto kvantinės fizikos ir medžiagų tyrėjų komanda pristatė sukimo techniką, skirtą valdyti sukimosi laisvės laipsnį naudojant CrI.₃, van der Waals (vdW) medžiaga, sujungta su antiferomagnetiniu tarpsluoksniu kaip jos tarpininkas. Žurnale jie paskelbė savo išvadas, pavadintas „Elektriškai derinamas muaro magnetizmas susuktuose dvigubuose chromo trijodido sluoksniuose”. Gamtos elektronika.

„Šiame tyrime mes pagaminome susuktą dvigubą CrI sluoksnį₃„Tai yra, dvisluoksnis ir dvisluoksnis sluoksnis su pasisuktu kampu, – sako dr. Guangwei Cheng, vienas iš leidinio autorių. „Pranešame apie muaro magnetizmą su turtingomis magnetinėmis fazėmis ir dideliu derinamumu elektriniu metodu.”

Susukto dvigubo sluoksnio (tDB) CrI3 supermuaro struktūra ir jos magnetinis elgesys, ištirtas magnetooptiniu Kero efektu (MOKE). Aukščiau pateiktame A skyriuje parodyta gofruotosios supergardelės, pagamintos sukant tarpsluoksnius, schema. Apatinis skydelis: galima parodyti netiesinį magnetinį korpusą. Aukščiau pateiktame B skyriuje parodyta, kad MOKE rezultatai rodo feromagnetinių (AFM) ir feromagnetinių (FM) užsakymų sambūvį tDB CrI3 „muaro magnete“, palyginti su AFM užsakymais natūraliame antiferomagnetiniame CrI3 dvisluoksnyje. Autoriai: Guanghui Cheng ir Yong P. Chen iliustracijos

„Mes sudėjome antiferomagnetą ir susukome jį ant savęs, o mes gavome feromagnetą“, – sako Chenas. „Tai taip pat ryškus pavyzdys neseniai atsiradusio „sukto“ magnetizmo arba muaro 2D susuktų medžiagų regiono, kur sukimo kampas tarp dviejų sluoksnių suteikia galingą derinimo rankenėlę ir dramatiškai pakeičia medžiagos savybes.

„Susukto dvigubo sluoksnio CrI gamybai₃nuplėšiame vieną CrI dvisluoksnio dalį₃„Pasukite jį ir sudėkite ant kitos dalies, naudodami vadinamąją nuplėšimo ir sukrovimo techniką“, – aiškina Chengas. „Matuodami magneto-optinį Kero efektą (MOKE), jautrų įrankį magnetiniam elgesiui tirti iki kelių atominių sluoksnių, stebėjome feromagnetinių ir antiferomagnetinių kategorijų sambūvį, būdingą muaro magnetizmo požymį, ir toliau demonstravome įtampą. magnetinis perjungimas.Toks banginis magnetizmas yra nauja magnetizmo forma, kuriai būdinga erdvėje besikeičiančios feromagnetinės ir antiferomagnetinės fazės, periodiškai besikeičiančios pagal muaro supergardelę.

Iki šiol twisttronics daugiausia dėmesio skyrė elektroninių savybių, tokių kaip susuktas dvisluoksnis sluoksnis, modifikavimui. Grafenas. Purdue komanda norėjo pasiūlyti tam tikrą sukimosi laisvės laipsnį ir pasirinko naudoti CrI₃, vdW medžiaga kartu su antimagnetiniu sluoksniu. Sukrautų antimagnetų sukimo rezultatas yra įmanomas gaminant pavyzdžius su skirtingais sukimo kampais. Kitaip tariant, vieną kartą pagaminus, kiekvieno įrenginio sukimo kampas tampa pastovus, o tada atliekami MOKE matavimai.

Teorinius šio eksperimento skaičiavimus atliko Upadhyaya ir jo komanda. Tai labai palaikė Cheno komandos pastabas.

„Mūsų teoriniai skaičiavimai atskleidė fazių diagramą, kurioje gausu netiesinių TA-1DW, TA-2DW, TS-2DW, TS-4DW ir kt. fazių“, – sako Upadhyaya.

Šis tyrimas yra Cheno komandos vykdomo tyrimo dalis. Šis darbas yra po kelių naujausių atitinkamų komandos publikacijų, susijusių su nauja „2D magnetų“ fizika ir savybėmis, pvz., „Elektrinio lauko derinamo sąsajos feromagnetizmo atsiradimas 2D magnetinėse heterostruktūrose“, kuri neseniai buvo paskelbta m Gamtos komunikacijos. Ši mokslinių tyrimų kryptis turi įdomų potencialą spintronikos ir spintronikos srityse.

„Nustatyti gofruoti magnetai rodo naują spintronikos ir magnetinės elektronikos medžiagų platformų klasę“, – sako Chenas. „Pastebėtas įtampos palaikomas magnetinis perjungimas ir elektromagnetinis efektas gali sukelti daug žadančius atminties ir sukimosi loginius įrenginius. Kaip naują laisvės laipsnį, šis posūkis gali būti pritaikytas įvairiems homo/hetero dvisluoksniams vdW magnetams, atveriant galimybę siekti naujų fizikos ir spintronikos programų“.

Nuoroda: „Elektriniu būdu derinamas muaro magnetizmas susuktuose dvigubuose chromo trijodido sluoksniuose“, autoriai Guanghui Cheng, Muhammad Mushfiqur Rahman, Andres Llacsahuanga Allcca, Avinash Rustagi, Xingtao Liu, Lina Liu, Lei Fu, Yanglin Tabe Tabe Wachiang Mao, Zhi . , Prami Upadhyaya ir Yong Pei Chen, 2023 m. birželio 19 d. Gamtos elektronika.
doi: 10.1038/s41928-023-00978-0

Komandą, daugiausia iš Purdue, sudaro du vienodai prisidedantys pagrindiniai autoriai: daktaras Guangwei Chengas ir Muhammadas Mushfiquras Rahmanas. Chengas dirbo daktaro laipsnį Dr. Yong-Pei Chen grupėje Purdue universitete, o dabar yra Tohoku universiteto Pažangiojo medžiagų tyrimų instituto (AIMR, kuriame Chen taip pat yra pagrindinis tyrėjas) docentas. Muhammad Mushfiqur Rahmanas yra daktaro Prami Upadhyaya grupės doktorantas. Chen ir Upadhyaya yra atitinkami šio leidinio autoriai ir Purdue universiteto profesoriai. Chenas yra Carlo Larko Horowitzo fizikos ir astronomijos profesorius, elektros ir kompiuterių inžinerijos profesorius bei Purdue kvantinio mokslo ir inžinerijos instituto direktorius. Upadhyaya yra elektros ir kompiuterių inžinerijos docentas. Kiti Purdue komandos nariai yra Andresas Laxahuanga Alka (doktorantas), dr. Lina Liu (postdoc), dr. Li Fu (postdoc) iš Cheno grupės, dr. Avinash Rustagi (postdoc) iš Upadhyaya grupės ir daktaro Xingtao Leo. (buvęs tyrinėtojas Burke nanotechnologijų centre).

Šį darbą iš dalies remia JAV Energetikos departamento (DOE) Mokslo biuras per Kvantinių mokslo centrą (QSC, Nacionalinis kvantinės informacijos mokslo tyrimų centras) ir DoD daugiadisciplininių universitetų tyrimų iniciatyvų (MURI) programą (FA9550-) 20- 1 -0322). Cheng ir Chen taip pat gavo dalinę paramą iš WPI-AIMR, JSPS KAKENHI Basic Science A (18H03858), New Science (18H04473 ir 20H04623) ir Tohoku universiteto FRiD programos ankstyvosiose tyrimo stadijose.

Upadhyaya taip pat pripažįsta Nacionalinio mokslo fondo (NSF) paramą (ECCS-1810494). urmu krei₃ Kristalus teikia Pensilvanijos valstijos universiteto Zhiqiang Mao grupė, remiama JAV Energetikos departamento (DE-SC0019068). Masinius hBN kristalus tiekia Kenji Watanabe ir Takashi Taniguchi iš Nacionalinio medžiagų mokslo instituto, Japonija, remiami JSPS KAKENHI (subsidijos numeriai 20H00354, 21H05233 ir 23H02052) ir Pasaulio Premier tarptautinių tyrimų centro MEXT iniciatyva (WPI). , Japonija.