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刘知琪教授课题组在Nature Electronics上报道首个反铁磁材料拓扑反常霍尔效应的电场门控器件

发布时间:2018-03-14  浏览次数:

传统的铁磁材料,如Fe,Co,Ni及其合金材料,在现代信息磁存储领域(如硬盘,磁带,信用卡磁条等)中发挥着重要作用。人们在数字时代的日常生活信息。 。然而,随着全球数据量的爆炸性增长,信息存储过程中的能量消耗正在增加,并且大部分能量消耗来自于用于产生磁场的电流的无效焦耳热。线。迫切需要传统的磁存储器来替换新型存储设备以减少能量消耗。另外,基于铁磁材料的磁存储装置易受周围杂散磁场的干扰,导致“消磁”,导致数据丢失。

非共线反铁磁材料中异常霍尔效应的示意图

多年来,反铁磁材料在固定现代磁存储器的磁头结构中的铁磁材料的磁化方向中起作用,因为它们没有宏观磁性。随着近年来对反铁磁材料的深入研究,反铁磁自旋电子学逐渐成为一门前沿学科,例如,利用与反铁磁材料中的自旋轨道耦合相关的各向异性磁阻效应。它可以应用于存储器存储设备,其最大的优点包括其有效抵抗外部磁场干扰和固有自旋高频动态的能力。此外,理论研究发现,由于Bloch波段的特殊对称性和拓扑特征,一些非共线反铁磁材料表现出异常的霍尔效应,最初仅在铁磁材料中发现。通过添加磁场,非共线自旋结构分离材料中的电子和空穴,以产生垂直于电流方向的霍尔电压。

十大网赌网站_官网首页刘志奇教授编写了一种高质量的非共线反铁磁金属间化合物Mn3Pt外延单晶薄膜[图(a)]对压电陶瓷BaTiO3单晶衬底。在其中观察到大的室温拓扑异常霍尔效应。在此基础上,实验小组进一步在压电陶瓷BaTiO3衬底上施加电场[图。 (c)]使压电变形驱动Mn3Pt薄膜的晶体结构发生变形,使得Mn3Pt的自旋结构可以是共线和非共线的来回切换,因此,拓扑异常霍尔效果消失或出现[图。 (d)]。这样,实现了所施加的电场对反铁磁材料的拓扑异常霍尔效应的“开”和“关”调节,尤其是零磁场下的调节对实际应用非常有利。

(a)Mn3Pt合金的晶体和自旋结构示意图,蓝色球体是Mn原子,灰色球体是Pt原子。 (b)异常霍尔电阻随施加的磁场而变化。 (c)电场门控示意图。 (d)电场控制异常霍尔效应的“开放”和“关闭”。

由于压电陶瓷是非常好的绝缘体,因此施加到BaTiO3的电场产生的电场非常小且可以忽略不计,因此以这种方式编码信息存储可以有效地避免焦耳热,从而大大减少信息存储。能源消耗过程中。此外,利用反铁磁材料进行信息存储研究,有望制备出能够抵抗外部磁场干扰和极低能耗的高频信息存储设备,不仅可以用于日常生活中的信息存储,而且也在恶劣的磁场中。信息存储和处理。

这项工作于3月9日在线发表《自然·电子学》,发布页面的截图如下:

此外,自然电子公司邀请反铁磁电子领域着名学者ChristophSürgers教授和德国卡尔斯鲁厄理工学院撰写新闻与报道。关于“异常霍尔效应的电气转换”主题的观点,同期发表,这项工作已经有所展现。

参加北航研究的人员包括蒋成宝教授,王敬民副教授,刘景华博士,研究生冯泽新,严伟。理论工作由科罗拉多州立大学的Chen Wei教授和德克萨斯大学奥斯汀分校的Allan H. MacDonald教授完成。实验观察得到了很好的解释。

该研究由国家自然科学基金和十大网赌官网青年人才计划资助。

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作为自然出版集团的新刊物,《自然·电子学》(自然电子)针对学术界和工业界,发布电子领域基础和应用研究的最新原创成果,重点关注新兴技术的发展和它对社会变革的主要影响。

官方网站:https://www.nature.com/natelectron/。