二维巡游铁磁体磁性调控新思路

发布人：发布时间：2024-04-19 文字：大中小

二维巡游铁磁体磁性调控新思路

二维磁性材料因具有易调控、方便集成的优点在自旋电子学领域具有重要应用前景。为了提高二维铁磁性体的居里温度和高温稳定性，通常采用构造异质结的手段来增强其磁性。然而，异质结对材料表面的占用限制了其在复杂电子学器件中的应用。为解决这一问题，本工作通过深入研究二维巡游铁磁体（Fe3GeTe2）及其异质结的面内及面间磁相互作用规律，提出了一种“局部调控整体”的器件设计思想，为未来器件结构设计提供了一种新的方案。

二维巡游铁磁体Fe3GeTe2因具有较高的居里温度、强的磁晶各项异性及内禀铁磁性，在自旋阀、自旋轨道矩、斯格明子等领域具有重要应用前景。为了在提高二维Fe3GeTe2晶体居里温度和铁磁稳定性的同时释放异质结对材料表面的占用，本工作系统研究了反铁磁/铁磁异质结对异质结区域和非异质结区域的铁磁增强特性。结果表明，当Fe3GeTe2处于单畴态时，仅在2%的Fe3GeTe2表面上构造异质结即可显著增强全部Fe3GeTe2区域的铁磁性，当不同厚度Fe3GeTe2相互耦合时，各个厚度区域的样品均具有相同的矫顽场。

二维反铁磁体MPX3（M=Fe，Mn; X= S, Se）对Fe3GeTe2的铁磁调控作用

第一部分的探索性实验如上图所示分为两个阶段。第一阶段，首先对厚度约24 nm的FGT薄片进行磁性表征；第二阶段向FGT上方转移一层约13 nm厚度的MPS（MnPS3），并再次测试被MPS覆盖和未覆盖区域的磁性。结果表明，覆盖了MPS之后，覆盖和未覆盖区域的磁性均受到了相同程度的调制。
非局域调控现象的作用范围探索
进一步，为了探究此长程调控方法的距离限制，作者在一片面积约2000平方微米的FGT样品上转移了一片约40平方微米面积的MPS薄膜，其面积比达到了50：1，结果表明，仍然获得了显著的长程调制效果。

通过形成多重界面对Fe3GeTe2进行非局部磁性调控

多重调控的可能性也经过了实验验证，如上图所示。通过逐步向FGT薄膜上转移反铁磁层，能够对其磁性进行连续调控。

电流对Fe3GeTe2进行非局部磁性调控

本研究结果不仅拓展了对二维巡游铁磁体铁磁耦合特性的认知，也为其在未来器件设计中的应用提供了一种新的调控自由度。
需要指出的是，本文长程磁性调控的发现，与其选择的探测手段密切相关。使用磁光手段来研究二维材料磁性的优势在于两点：其一，磁光克尔的测量手段非接触，对样品无损伤。因此，它允许研究者重复多次原位测试，例如文中的多次转移样品之后进行原位测试；其二，磁光克尔测量手段具有微米级的空间分辨能力，这是本文得以对长程磁性调控现象进行深入研究并得到可靠结论的关键。
目前北京卓立汉光仪器有限公司与本文作者戴宏伟博士所在湖北众韦光电科技有限公司基于共同的理念和目标，决定在磁光设备领域开展深入合作。合作旨在为广大国内外用户在MOKE和RMCD等相关磁光设备上提供相应的标准系统与搭建协助。
我们将致力于为用户提供更加稳定、可靠、高效的磁光设备标准系统，并提供全面的搭建协助和技术支持。诚挚地欢迎产品垂询，共同探索磁光技术的未来可能。

作者简介

戴宏伟，华中科技大学电气硕士，光学博士。目前就职于湖北众韦光电科技有限公司，在微区成像、共聚焦PL/Raman、荧光寿命、微区磁光克尔等系统设计和应用上具有丰富的经验，在国际期刊《ACS NANO》、《ACS Applied Materials & Interfaces》、《Advanced Electronic Materials》等期刊发表多篇论文。

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