Durch die Interkalation von Protonen in Van-der-Waals-Ferromagnet-Cr1.2Te2-Nanoflocken gelang es einer Gruppe von Forschern, bei Raumtemperatur erfolgreich einen magnetischen Phasenübergang von Ferromagnetismus zu Antiferromagnetismus herbeizuführen.
An der Zusammenarbeit waren Professoren des High Magnetic Field Laboratory der Hefei Institutes of Physical Science, der Chinese Academy of Sciences (CAS), der Hefei University of Technology, der South China University of Technology und der University of Science and Technology of China beteiligt.
Die Forschung war vor kurzem veröffentlicht An Briefe zur körperlichen Untersuchung.
Die Steuerung der Magnetisierungsrichtung in zweidimensionalen Ferromagneten ist für die Entwicklung superkompakter, nichtflüchtiger spintronischer Geräte von entscheidender Bedeutung. In herkömmlichen spintronischen Geräten kann die Magnetisierungsrichtung normalerweise durch ein lokales Magnetfeld geändert werden, das durch Strom oder durch Spinübertragungsdrehmoment induziert wird. Allerdings lässt sich die hohe Ladungsträgerdichte in van-der-Waals-Wanderferromagneten nur schwer einstellen, was den Fortschritt in diesem Bereich behindert hat.
In dieser Forschung stellten die Forscher hochwertige Einkristalle her und fanden heraus, dass aus diesen Kristallen abgeblätterte Cr1,2Te2-Nanoflocken bei Raumtemperatur quadratische Hystereseschleifen aufwiesen, was ihren hohen praktischen Wert bestätigte.
Weitere Untersuchungen ergaben, dass der Magnetismus in einer 40 nm dicken Cr1,2Te2-Nanoflocke bei T=200 K eine nichtmonotone Entwicklung gegenüber der Gate-Spannung zeigte. Konkret, wobei der anomale Hall-Widerstand zunächst zunimmt und dann abnimmt.
Bei einer Elektronendotierungskonzentration ne=3,8×1021cm-3 bei Vg=-14 V verschwand der anomale Hall-Widerstand, was auf einen möglichen magnetischen Phasenübergang schließen lässt.
Die theoretische Analyse zeigte, dass die Dotierung vom Elektronentyp in protoneninterkaliertem Cr1,2Te2 erreicht werden kann und ein magnetischer Phasenübergang von FM zu AFM mit einer kritischen Dotierungskonzentration von etwa 1021 cm-3 realisiert werden kann, was mit ihren experimentellen Beobachtungen übereinstimmt .
Dieser FM-zu-AFM-Phasenübergang in einem Van-der-Waals-Magneten bei Raumtemperatur könnte nach Ansicht des Teams zu verbesserten spintronischen Geräten führen.
Mehr Informationen:
Cheng Tan et al., Magnetischer Phasenübergang bei Raumtemperatur in einem elektrisch abgestimmten Van-der-Waals-Ferromagneten, Briefe zur körperlichen Untersuchung (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.166703