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(Noticias de Nanowerk) Una colaboración internacional liderada por RMIT, publicada esta semana, ha observado por primera vez un efecto de polarización de intercambio impulsado por una puerta eléctrica en heteroestructuras de van der Waals (vdW), lo que sugiere una plataforma prometedora para el futuro.nano letras«Control eléctrico del efecto de sesgo de cambio en FePS3− Fe5Obtener2 Heteroestructuras de Van der Waals»»).
El efecto de polarización de intercambio (EB), que surge del acoplamiento magnético entre capas, ha desempeñado un papel importante en la espintrónica y el magnetismo fundamental desde su descubrimiento.
Aunque la manipulación del efecto EB por una puerta electrónica ha sido un objetivo importante en la espintrónica, hasta ahora solo se han demostrado efectos EB sintonizables eléctricamente muy limitados.
![Una heteroestructura compuesta por una capa inferior antiferromagnética (FePS3) y una capa superior ferromagnética (Fe5GeTe2)](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=61227.php/id61227_1.jpg)
Los efectos EB manipulados por compuertas eléctricas en las estructuras AFM-FM permiten una lógica de órbita giratoria escalable y eficiente en energía, lo que es una gran promesa para los dispositivos más allá de COMS en futuras tecnologías electrónicas de baja potencia.
La temperatura de «bloqueo» del efecto EB se puede ajustar de manera efectiva a través de una puerta eléctrica, lo que permitiría que el campo EB se encienda y apague en futuros transistores espintrónicos.
La colaboración dirigida por FLEET de investigadores de la Universidad RMIT (Australia) y la Universidad Tecnológica del Sur de China (China) confirma por primera vez el control eléctrico del efecto EB en una heteroestructura vdW.
Realización de efectos de sesgo de intercambio en heteroestructuras AFM-FM
El advenimiento de los materiales magnéticos vdW fomenta el desarrollo de dispositivos magnéticos y espintrónicos vdW y proporciona una plataforma ideal para explorar los mecanismos de acoplamiento interfacial magnético intrínseco.
La manipulación de la puerta electrónica del efecto EB que surge de la anisotropía unidireccional inducida por el acoplamiento interfacial AFM-FM es un objetivo importante en la espintrónica. Hasta la fecha, se han demostrado experimentalmente efectos EB sintonizables eléctricamente muy limitados en algunos sistemas de película delgada de óxido multiferroico. Aunque las heteroestructuras magnéticas vdW han proporcionado plataformas mejoradas para estudiar los efectos de EB, estas heteroestructuras aún no han demostrado efectos de EB controlados eléctricamente.
«Habíamos ganado mucha experiencia con nanodispositivos basados en heteroestructura vdW y decidimos que era hora de que aplicáramos algunos métodos como puertas eléctricas para controlar las propiedades magnéticas en bicapas FM/AFM», dice el primer autor del estudio, FLEET. becaria de investigación Dra. Sultán Albarakati (RMIT).
«Además, estamos familiarizados con la intercalación de protones, que es una herramienta eficaz para modular la densidad de carga de los materiales».
El equipo diseñó una estructura de nanodispositivo con una tricapa de conductor de protones sólido/FM/AFM y eligió un material vdW de temperatura Neel más alta, FePS3para servir como una capa AFM.
![Un transistor de efecto de campo de protones de estado sólido (SP-FET) monta la heteroestructura AFM-FM dentro de un contacto eléctrico (oro) montado en un conductor de protones de estado sólido (SPC) y un electrodo de compuerta (Pt).](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=61227.php/id61227_2.jpg)
«Elegir la capa FM fue un poco complicado», dice el coautor Dr. Cheng Tan (RMIT).
«Según nuestros resultados hasta ahora, el efecto EB podría ocurrir en Fe3GeTe2 intercalado con protones, mientras que en Fe5Obtener2 (F5GT) de diferente espesor, no pueden ocurrir efectos EB debido al almacenamiento de protones. Así que elegimos F5GT como capa FM”, dice Cheng.
Por lo tanto, la heteroestructura resultante incluía:
En general, el efecto EB se considera un efecto de interfaz y se espera que disminuya a medida que aumenta el espesor de la capa FM. Mientras que los nanoflakes F5GT más delgados (<10 nm) tienen una coercitividad extremadamente alta (HC~2 T) debido a la fijación de defectos en la capa, esto dificulta la generación de un efecto EB en una bicapa FM/AFM, ya que la barrera de energía inducida por la fijación de defectos es potencialmente mayor que la de la anisotropía unidireccional.
![Imagen del dispositivo con un microscopio óptico (izquierda) y un microscopio de fuerza atómica (derecha)](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=61227.php/id61227_3.jpg)
«Nuestras observaciones experimentales concuerdan con esto», explica el coautor, el Dr. Guolin Zheng (RMIT). “No hay efectos EB cuando el grosor de F5GT es inferior a 10 nm. Afortunadamente, después de muchas pruebas, descubrimos que el efecto EB puede sobrevivir en las heterointerfaces FPS-F5GT cuando el grosor de la capa F5GT está en el rango de 12nm-20nm”.
«Entonces podríamos estudiar más a fondo los efectos de la intercalación de protones en FPS-F5GT», dice Guolin.
Control eléctrico del efecto de polarización del intercambio a través de la intercalación de protones.
Luego, el equipo realizó con éxito la intercalación de protones en FPS-F5GT y observó el cambio de los campos EB a diferentes voltajes de puerta.
“La temperatura de bloqueo del efecto EB se puede configurar de manera efectiva mediante una puerta eléctrica. Y lo que es aún más interesante, el campo EB se puede encender y apagar repetidamente bajo diferentes voltajes de puerta”, dice Guolin.
Otros cálculos teóricos, realizados por un colaborador de la Universidad Tecnológica del Sur de China, confirman aún más que las inserciones de protones no solo ajustan el acoplamiento de intercambio magnético promedio, sino que también cambian las configuraciones antiferromagnéticas en el FePS.3 Capa.
«Los efectos EB dependientes de la puerta se pueden explicar bien usando nuestros cálculos», dice el coautor A/Prof. Lan Wang (también en RMIT). «Entre las diferentes intercalaciones de protones, la energía de anisotropía unidireccional inducida por el acoplamiento AFM-FM afectado y la conversión de FPS3 entre un AFM no compensado y un AFM compensado conducen a diferentes fenómenos interesantes».
«Este estudio también es un paso significativo hacia la lógica magnética basada en la heteroestructura vdW para la futura electrónica de baja energía».
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