Полностью электрическая слоистая спинтроника в альтернативных магнитных бислоях
Исследовательская группа под руководством Сингапурского университета технологий и дизайна (SUTD) представила новый метод управления спином электрона с использованием только электрического поля. Работа опубликована в Materials Horizons. Результаты демонстрируют, как новый тип магнитного материала, альтермагнитный бислой, может использовать новый механизм, называемый блокировкой спинов слоев, что позволяет осуществлять полностью электрическую манипуляцию спиновыми токами при комнатной температуре.
Рис. Электрический ток, протекающий в альтермагнитном бислое CrS, может стать спин-поляризованным с использованием внешнего электрического поля, тем самым прокладывая путь к полностью электрическим спинтронным устройствам для будущих вычислительных технологий. Кредит: SUTD
Альтермагнетизм — это уникальный тип магнетизма, при котором материалы проявляют необычное свойство: спины электронов в материале направлены в противоположных направлениях, создавая баланс магнитных моментов, который нейтрализует любую крупномасштабную намагниченность. Это явление отличается от традиционного ферромагнетизма и антиферромагнетизма, поскольку приводит к возможности создания неколлинеарных спиновых токов и уникального электронного поведения, которое можно тонко настраивать. Это делает альтермагнитные материалы идеальными для применения в спинтронике, где необходим точный контроль над спиновыми состояниями.
В данной работе было обнаружено, что в альтермагнитном бислое — системе, состоящей из двух ультратонких слоев материала сульфида хрома (CrS) — электроны естественным образом разделяются на слои с противоположными направлениями спина. Прикладывая простое электрическое поле, можно полностью переключать спиновую поляризацию и достигать знакообратимой спиновой поляризации до 87% при комнатной температуре.
В двухслойной системе исследователи наблюдали уникальный эффект, который они называют запиранием спина слоя. В отличие от обычных магнитных материалов, где спин-поляризованные токи подвержены влиянию внешних магнитных полей, двухслойная структура позволяет каждому слою переносить противоположный спин-поляризованный ток. При приложении электрического поля оно выборочно поднимает энергетические уровни одного слоя над другим, что приводит к сильному, настраиваемому спин-поляризованному току.
Доцент SUTD Йи Син Анг, возглавлявший исследовательскую группу:
Представьте себе две конвейерные ленты, транспортирующие электроны с противоположными спинами. С помощью простого переключателя напряжения мы можем заставить одну конвейерную ленту доминировать над другой, переворачивая спин транспортируемых электронов. В этом суть нашей работы.
Данное исследование было проведено совместно SUTD, Гонконгским университетом науки и технологий, Пекинским технологическим институтом, Чжэцзянским университетом и A*STAR Singapore.
