Твист-физика — это новая область квантовой физики, которая исследует новые квантовые явления путем объединения материалов Ван-дер-Ваальса. Исследователи из Университета Пердью продвинулись в этой области, внедрив квантовый спин в скрученный двухслойный материал антиферромагнетика, создав настраиваемый муаровый магнетизм. Этот прорыв предлагает новые материалы для спинтроники и, как ожидается, будет способствовать развитию устройств памяти и спиновой логики.

Квантовые исследователи из Университета Пердью продемонстрировали настраиваемый муаровый магнетизм, скрутив двухслойную пленку антиферромагнетика. Техника скручиваний – это не новое танцевальное движение, фитнес-оборудование или новое музыкальное увлечение, это намного круче, чем все это. Это захватывающая новая разработка в области квантовой физики и материаловедения. Материалы Ван-дер-Ваальса укладываются друг на друга слоями, как рулонная бумага, и их можно легко скручивать и вращать, оставаясь при этом плоскими. Квантовые физики используют эти стопки для открытия интересных квантовых явлений.

Квантовые физики использовали эти стопки для открытия интересных квантовых явлений. Объединив концепцию квантового спина со скрученными двухслойными стопками антиферромагнетиков, можно создать перестраиваемый муаровый магнетизм. Это обеспечивает новый класс материальной платформы для спинтроники, следующий шаг в двойной электронике. Эта новая наука может привести к созданию многообещающей памяти и устройств спиновой логики, открывая новый путь для приложений спинтроники в физическом сообществе.

Скручивая магнит Ван-дер-Ваальса, можно создавать неколлинеарные магнитные состояния со значительной электрической настраиваемостью. Источник: Second Bay Studios, Райан Аллен.

Группа исследователей квантовой физики и материалов в Университете Пердью использовала межслойный антиферромагнитный материал Ван-дер-Ваальса (vdW) CrI3 в качестве среды для внедрения технологии скручивания для управления степенью свободы вращения. Они опубликовали результаты своего исследования под названием «Электрически настраиваемый муаровый магнетизм в скрученных бислоях трийодида хрома» в журнале Nature Electronics.

«В этом исследовании мы создали скрученный двойной бислой триоксида хрома, то есть между двойным слоем и двойным слоем существует угол скручивания», — сказал доктор Гуанхуэй Чэн, соавтор статьи. «Мы сообщаем о муаровом магнетизме с богатыми магнитными фазами и достигаем замечательной возможности настройки с помощью электрических методов».

Молярная сверхрешетчатая структура скрученного двойного бислоя (tDB) CrI3 и ее магнитное поведение, обнаруженное с помощью магнитооптического эффекта Керра (MOKE). Часть a рисунка выше показывает схематическую диаграмму муаровой сверхрешетки, изготовленной путем межслойного скручивания. Внизу: могут возникать неколлинеарные магнитные состояния. Результаты MOKE, показанные в части b рисунка выше, показывают, что по сравнению с антиферромагнитным порядком в естественном антиферромагнитном двойном слое CrI3, в «молярном магнитном» tDBCrI3 существуют как антиферромагнитные (AFM), так и ферромагнитные (FM) порядки. Источник изображения: Иллюстрация: GuanghuiCheng и YongP.Chen.

«Мы сложили и скрутили антиферромагнетик сам на себя, и получили ферромагнетик», — сказал Ченг. «Это также яркий пример недавнего появления «скрученного» или муарового магнетизма в скрученных 2D-материалах, где угол скручивания между двумя слоями материала обеспечивает мощную ручку настройки, которая резко меняет свойства материала».

«Чтобы сделать скрученный двухслойный CrI3, мы использовали так называемый метод разрыва и сложения, при котором одна часть двухслойного CrI3 разрывается, поворачивается и накладывается на другую часть», — объясняет Ченг. «Благодаря измерениям магнитооптического эффекта Керра (MOKE) мы наблюдали сосуществование ферромагнитного и антиферромагнитного порядков, что является отличительной чертой муарового магнетизма, а также продемонстрировали магнитное переключение под действием напряжения. Этот муаровый магнетизм представляет собой новую форму магнетизма с пространственно изменяющимися ферромагнитными и антиферромагнитными фазами, которые периодически чередуются в соответствии с муаровой сверхрешеткой».

На сегодняшний день витая электроника в основном сосредоточена на модуляции электронных свойств, таких как скрученный двухслойный графен. Команда Purdue хотела ввести крутку в степень свободы спина и решила использовать межслойный антиферромагнитный связующий материал VdW CrI3. Изготавливая образцы с разными углами закручивания, можно собирать скручивающиеся в себя антиферромагнетики. Другими словами, после завершения изготовления угол поворота каждого устройства фиксируется перед выполнением измерений MOKE.

Упадхьяя и его команда выполнили теоретические расчеты эксперимента. Это обеспечивает надежную поддержку результатов наблюдений команды доктора Ченга. Он сказал: «Наши теоретические расчеты выявили богатую фазовую диаграмму, включающую несопряженные фазы, такие как TA-1DW, TA-2DW, TS-2DW, TS-4DW и т. д.».

Это исследование совпадает с текущим исследованием команды Ченга. До этой работы команда недавно опубликовала несколько статей, связанных с новой физикой и свойствами «двумерных магнитов», таких как «Появление перестраиваемых электрическим полем межфазных ферромагнетизмов в 2-дантиферромагнететететероструктурах», недавно опубликованная в Nature Communications. Это направление исследований открывает огромные возможности в области двойной электроники и спинтроники.

«Обнаруженные магниты Мольера представляют собой новый класс материальной платформы для спинтроники и магнитоэлектроники», — сказал Ченг. «Наблюдаемые магнитное переключение под действием напряжения и магнитоэлектрические эффекты могут привести к созданию многообещающих устройств памяти и спиновой логики. В качестве новой степени свободы скручивание может быть применено к различным гомо/разным слоям магнитов ВДВ, открывая возможности для исследования новой физики, а также приложений спинтроники».

Источник составления: ScitechDaily.