Электрическое управление наведенным магнетизмом в воздухоустойчивом двумерном полупроводнике
Учёные из Национального университета Сингапура (NUS) в сотрудничестве с учеными из учреждений Швейцарии, Чехии и Германии продемонстрировали способ введения магнетизма в изначально немагнитный двумерный (2D) полупроводник и последующего управления его магнитными свойствами с помощью электрического напряжения. Результаты, опубликованные в журнале Science Advances, создают новую платформу для исследования электрически управляемого магнетизма в атомарно тонких материалах, что может иметь потенциальное значение для будущих спинтронных технологий.
Рис. Электрическое управление индуцированным магнетизмом в двумерном полупроводнике.
(A) Схематическое изображение устройства на основе легированного железом PtSe₂.
(B) Изображение, полученное с помощью электронной микроскопии с атомным разрешением, показывающее замещение атомов железа в кристаллической решетке PtSe₂.
(C) Измерения магнитосопротивления шестислойного устройства при различных напряжениях затвора, демонстрирующие, как магнитный гистерезис можно включать и выключать электрически.
Источник: Адаптировано из Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aeb0659
Внимание физиков пало на диселениде платины (PtSe₂), воздухостойком слоистом материале, электронные свойства которого резко меняются с толщиной: объемный PtSe₂ является металлическим, уменьшение его толщины ниже примерно шести атомных слоев превращает его в полупроводник. В своем исходном состоянии PtSe₂ является немагнитным материалом.
Введя небольшую концентрацию атомов железа (Fe) в кристалл PtSe₂, был индуцирован магнитный порядок, при этом сохранились зависящие от толщины электронные свойства материала. Электронная микроскопия с атомным разрешением подтвердила, что атомы Fe замещают атомы непосредственно в кристаллической решетке, без обнаруживаемого кластеризации или фазового разделения.
В объёмном PtSe₂, легированном железом, наблюдается ферромагнетизм, при котором магнитные моменты стремятся выровняться в одном направлении, с температурой Кюри приблизительно 320 К, что немного выше комнатной температуры. Ферромагнитные признаки сохраняются в металлических устройствах вплоть до семи слоёв, хотя и при значительно более низких температурах. Напротив, более тонкие устройства демонстрируют признаки магнитотранспорта, соответствующие антиферромагнитному порядку (соседние магнитные моменты предпочитают противоположные ориентации).
Прикладывая напряжение к затворному электроду, удалось регулировать концентрацию носителей заряда в полупроводнике и тем самым изменять магнитные взаимодействия между атомами железа. В шестислойных устройствах магнитный отклик резко менялся в зависимости от напряжения затвора. При высоких концентрациях дырок магнитный гистерезис практически отсутствовал. По мере уменьшения концентрации дырок появлялся выраженный гистерезис, что согласуется с электрической активацией антиферромагнитного порядка. Соответствующую температуру Нееля можно было регулировать в диапазоне от приблизительно 25 К до 55 К. В пятислойных полупроводниковых устройствах она увеличивалась от приблизительно 52 К до 105 К по мере уменьшения концентрации носителей заряда.
