Twistronika je nový obor v kvantové fyzice, který zahrnuje skládání van der Waalsových materiálů za účelem zkoumání nových kvantových jevů. Vědci z Purdue University pokročili v tomto oboru zavedením kvantového spinu do zkroucených dvojvrstev antimagnetů, což má za následek laditelný moaré magnetismus. Tento úspěch ukazuje na nové materiály pro spinovou elektroniku a slibuje pokrok v paměťových zařízeních a spinové logice. Kredit: SciTechDaily.com
Výzkumníci z Purdue University roztočí dvojité dvojvrstvy antiferomagnetik, aby demonstrovali laditelný moaré magnetismus.
Twistronics není nový taneční pohyb, cvičební zařízení nebo hudební výstřelek. Ne, je to mnohem chladnější než cokoliv podobného. Je to vzrušující nový vývoj v kvantové fyzice a vědě o materiálech, kde jsou van der Waalsovy materiály naskládány na sebe ve vrstvách, jako jsou listy papíru ve stohu, který se může snadno kroutit a otáčet, zatímco zůstává plochý, a kvantoví fyzici tyto stohy použili. objevovat zajímavé kvantové jevy.
Přidáním konceptu kvantového spinu se zkroucenými dvojvrstvami antimagnetů je možné mít laditelný moaré magnetismus. To naznačuje novou třídu materiálových platforem pro další krok ve spinelektronice: spintronika. Tato nová věda by mohla vést ke slibným zařízením pro paměť a spinovou logiku a otevřít svět fyziky zcela nové cestě s aplikacemi spintroniky.
Kroucením van der Waalsových magnetů mohou vznikat nelineární magnetické stavy s velkou elektrickou laditelností. Kredit: Ryan Allen, Second Bay Studios
Tým výzkumníků v oblasti kvantové fyziky a materiálů na Purdue University představil torzní techniku pro řízení stupně volnosti rotace pomocí CrI.3, van der Waalsův (vdW) materiál spojený s antiferomagnetickou mezivrstvou jako její prostředník. Své poznatky publikovali s názvem „Elektricky laditelný moaré magnetismus ve zkroucených dvojitých dvojvrstevách jodidu chromitého“ v časopise Přírodní elektronika.
„V této studii jsme vyrobili zkroucenou dvojitou vrstvu CrI3„To znamená dvojvrstva plus dvojvrstva se zkrouceným úhlem mezi nimi,“ říká Dr. Guangwei Cheng, spoluautor publikace. „Hlásíme moaré magnetismus s bohatými magnetickými fázemi a skvělou laditelností elektrickou metodou.“
Supermoaré struktura kroucené dvojité vrstvy (tDB) CrI3 a její magnetické chování zkoumané magnetooptickým Kerrovým efektem (MOKE). Část A výše ukazuje schematický diagram vlnité supermřížky vyrobené kroucením mezivrstev. Spodní panel: lze zobrazit nelineární magnetické pouzdro. Část B výše ukazuje, že výsledky MOKE demonstrují koexistenci feromagnetických (AFM) a feromagnetických (FM) řádů v „moaré magnetu“ tDB CrI3 ve srovnání s řády AFM v přirozené antiferomagnetické dvojvrstvě CrI3. Kredit: Ilustrace Guanghui Cheng a Yong P. Chen
„Naskládali jsme antiferomagnet a otočili ho na sebe a dostali jsme feromagnet,“ říká Chen. „Toto je také pozoruhodný příklad nedávno se objevující oblasti 'zkrouceného' magnetismu nebo moaré ve 2D kroucených materiálech, kde úhel zkroucení mezi dvěma vrstvami poskytuje silný ladicí knoflík a dramaticky mění vlastnosti materiálu.“
„Pro výrobu kroucené dvouvrstvé CrI3odtrhneme jednu část dvojvrstvy CrI3„Otočte jej a naskládejte na druhou část pomocí techniky zvané trhání a stohování,“ vysvětluje Cheng. „Měřením magneto-optického Kerrova jevu (MOKE), citlivého nástroje pro sondování magnetického chování až do několika atomárních vrstev, jsme pozorovali koexistenci feromagnetických a antiferomagnetických řádů, což je charakteristický znak moaré magnetismu, a dále demonstrovali napětí. magnetické spínání. Takový vlnový magnetismus je nová forma magnetismu charakterizovaná prostorově se měnícími feromagnetickými a antiferomagnetickými fázemi, které se periodicky střídají podle moaré supermřížky.
Do této chvíle se twisttronics soustředila hlavně na úpravu elektronických vlastností, jako je kroucená dvojvrstva Grafen. Tým Purdue chtěl nabídnout určitý stupeň volnosti v rotaci a rozhodl se použít CrI3, materiál vdW kombinovaný s antimagnetickou vrstvou. Výsledek zkroucení naskládaných antimagnetů na sebe je umožněn výrobou vzorků s různými úhly zkroucení. Jinými slovy, jakmile je vyrobeno, torzní úhel každého zařízení se stane konstantní a poté se provedou měření MOKE.
Teoretické výpočty pro tento experiment provedl Upadhyaya a jeho tým. To poskytlo silnou podporu pro pozorování Chenova týmu.
„Naše teoretické výpočty odhalily fázový diagram bohatý na nelineární fáze TA-1DW, TA-2DW, TS-2DW, TS-4DW atd.,“ říká Upadhyaya.
Tento výzkum je součástí probíhajícího výzkumu Chenova týmu. Tato práce navazuje na několik nedávných relevantních publikací týmu týkajících se nové fyziky a vlastností „2D magnetů“, jako je „Vznik elektrického pole laditelného mezifázového feromagnetismu ve 2D magnetických heterostrukturách“, který byl nedávno zveřejněn v Příroda komunikace. Tato výzkumná cesta má vzrušující potenciál v oblasti spintroniky a spintroniky.
„Identifikované vlnité magnety ukazují na novou třídu materiálových platforem pro spintroniku a magnetickou elektroniku,“ říká Chen. „Pozorované napěťově asistované magnetické přepínání a elektromagnetický efekt mohou vést ke slibným paměťovým a spinovým logickým zařízením. Jako nový stupeň volnosti lze tento obrat aplikovat na širokou škálu homo/hetero dvojvrstev pro vdW magnety, čímž se otevírá příležitost sledovat nové fyzikální a spintronické aplikace.“
Reference: “Elektricky laditelný moaré magnetismus ve zkroucených dvojitých vrstvách trijodidu chromitého” od Guanghui Cheng, Muhammad Mushfiqur Rahman, Andres Llacsahuanga Allcca, Avinash Rustagi, Xingtao Liu, Lina Liu, Lei Fu, Yanglin Zhu, Kenigu Tanig, Zhichitana Waig Ma . , Prami Upadhyaya a Yong Pei Chen, 19. června 2023, Přírodní elektronika.
doi: 10.1038/s41928-023-00978-0
Tým, většinou z Purdue, zahrnuje dva rovnocenné přispívající hlavní autory: Dr. Guangwei Cheng a Muhammad Mushfiqur Rahman. Cheng byl postdoktorandským výzkumným pracovníkem ve skupině Dr. Yong-Pei Chen na Purdue University a nyní je odborným asistentem na Advanced Institute for Materials Research (AIMR, kde je Chen také hlavním řešitelem) na Tohoku University. Muhammad Mushfiqur Rahman je doktorandem ve skupině Dr. Prami Upadhyaya. Chen a Upadhyaya jsou odpovídajícími autory této publikace a jsou profesory na Purdue University. Chen je Carl Lark Horowitz profesor fyziky a astronomie, profesor elektrotechniky a počítačového inženýrství a ředitel Purdueova institutu pro kvantovou vědu a inženýrství. Upadhyaya je odborný asistent elektrotechniky a počítačového inženýrství. Mezi další členy týmu Purdue patří Andres Laxahuanga Alka (PhD student), Dr. Lina Liu (postdoktorand), Dr. Li Fu (postdoktorand) z Chenovy skupiny, Dr. Avinash Rustagi (postdoc) ze skupiny Upadhyaya a Dr. Xingtao Leo. (bývalý výzkumný asistent v Burke Center for Nanotechnology).
Tato práce je částečně podporována Úřadem vědy amerického ministerstva energetiky (DOE) prostřednictvím Quantum Science Center (QSC, National Quantum Information Science Research Center) a programu DoD Multidisciplinary University Research Initiatives (MURI) (FA9550-) 20- 1-0322). Cheng a Chen také v raných fázích výzkumu získali částečnou podporu od WPI-AIMR, JSPS KAKENHI Basic Science A (18H03858), New Science (18H04473 a 20H04623) a programu FRiD Univerzity Tohoku.
Upadhyaya také oceňuje podporu od National Science Foundation (NSF) (ECCS-1810494). hromadné cree3 Krystaly poskytuje skupina Zhiqiang Mao z Pennsylvania State University s podporou Ministerstva energetiky USA (DE-SC0019068). Hromadné krystaly hBN poskytují Kenji Watanabe a Takashi Taniguchi z National Institute of Materials Science, Japonsko, s podporou od JSPS KAKENHI (čísla grantu 20H00354, 21H05233 a 23H02052) a World Premier Center for International Research Initiative (WPI), MEXT , Japonsko.
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
