첨단 전자공학을 위한 Twisttronics와 Spintronics의 통합

퍼듀대학교 연구진은 조정 가능한 모아레 자성을 보여주기 위해 반강자성체의 이중 이중층을 회전시켰습니다.

Twisttronics는 새로운 댄스 동작, 운동 장비 또는 음악 유행이 아닙니다. 아니, 그런 것보다 훨씬 더 멋지다. 이는 반 데르 발스 물질이 종이처럼 층층이 쌓여서 편평한 상태를 유지하면서 쉽게 비틀고 회전할 수 있는 양자 물리학 및 재료 과학의 흥미로운 새로운 발전이며, 양자 물리학자들은 이러한 스택을 사용했습니다. 흥미로운 양자 현상을 발견합니다.

꼬인 반자성 이중층에 양자 스핀 개념을 추가하면 조정 가능한 모아레 자성을 가질 수 있습니다. 이는 스핀전자공학의 다음 단계인 스핀트로닉스를 위한 새로운 종류의 재료 플랫폼을 제시합니다. 이 새로운 과학은 메모리 및 스핀 로직을 위한 유망한 장치로 이어질 수 있으며, 스핀트로닉스 응용을 통해 물리학 세계를 완전히 새로운 길로 열어줄 수 있습니다.

반 데르 발스 자석을 비틀면 전기적 조정 가능성이 큰 비선형 자기 상태가 나타날 수 있습니다. 크레딧: Ryan Allen, Second Bay Studios

퍼듀대학교 양자물리학 및 재료연구팀은 CrI를 이용해 회전 자유도를 제어하는 ​​비틀림 기술을 도입했다._삼, 반데르발스(vdW) 물질이 반강자성 중간층에 결합되어 중재자 역할을 합니다. 그들은 저널에 “삼요오드화 크롬의 꼬인 이중 이중층에서 전기적으로 조정 가능한 모아레 자기”라는 제목의 연구 결과를 발표했습니다. 자연 전자.

“이 연구에서 우리는 CrI의 꼬인 이중층을 제작했습니다._삼“즉, 이중층과 이중층 사이에 꼬인 각도가 있는 것입니다.”라고 이번 논문의 공동 저자인 Guangwei Cheng 박사는 말했습니다. “우리는 풍부한 자기 위상과 전기적 방법에 의한 뛰어난 조정 가능성을 갖춘 모아레 자기를 보고합니다.”

MOKE(자기광학 커 효과)를 통해 조사된 트위스트 이중층(tDB) CrI3의 슈퍼모아레 구조와 그 자기 거동. 위의 섹션 A는 중간층을 비틀어 제작한 주름진 초격자의 개략도를 보여줍니다. 하단 패널: 비선형 자기 케이스를 표시할 수 있습니다. 위 섹션 B는 MOKE 결과가 천연 반강자성 CrI3 이중층의 AFM 순서와 비교하여 tDB CrI3 “모아레 자석”에서 강자성(AFM) 및 강자성(FM) 순서의 공존을 입증한다는 것을 보여줍니다. 출처: Guanghui Cheng과 Yong P. Chen의 일러스트레이션

Chen은 “우리는 반강자성체를 쌓아서 그 자체로 비틀어 강자성체를 얻었습니다.”라고 말했습니다. “이것은 또한 2D 꼬인 재료에서 최근에 떠오르는 '꼬인' 자성 또는 모아레 영역의 놀라운 예입니다. 여기서 두 층 사이의 비틀림 각도는 강력한 조정 손잡이를 제공하고 재료 특성을 극적으로 변화시킵니다.”

“트위스트 이중층 CrI 제조를 위해_삼CrI 이중층의 한 부분을 떼어냅니다._삼Cheng은 “테어 앤 스택(tear and stack) 기술을 사용하여 회전시켜 다른 부품 위에 쌓습니다.”라고 설명합니다. “몇 개의 원자층까지 자기적 행동을 조사하기 위한 민감한 도구인 자기광학 커 효과(MOKE)를 측정함으로써 우리는 모아레 자기의 특징인 강자성과 반강자성 질서의 공존을 관찰하고 전압을 추가로 시연했습니다. 자기 전환. 이러한 파동 자기는 공간적으로 변화하는 강자성 및 반강자성 위상을 특징으로 하는 새로운 형태의 자기이며, 모아레 초격자에 따라 주기적으로 교대로 나타납니다.

지금까지 Twisttronics는 주로 꼬인 이중층과 같은 전자 특성을 수정하는 데 중점을 두었습니다. 그래핀. Purdue 팀은 회전의 자유도를 제공하기를 원했고 CrI를 사용하기로 결정했습니다._삼, 항자성층과 결합된 vdW 재료. 서로 다른 비틀림 각도를 갖는 샘플을 제작함으로써 적층된 항자성체 자체의 비틀림 결과가 가능해졌습니다. 즉, 일단 제작되면 각 장치의 비틀림 각도가 일정해지고 MOKE 측정이 수행됩니다.

이 실험의 이론적 계산은 Upadhyaya와 그의 팀에 의해 수행되었습니다. 이는 Chen 팀의 관찰에 대한 강력한 뒷받침을 제공했습니다.

Upadhyaya는 “우리의 이론적 계산을 통해 TA-1DW, TA-2DW, TS-2DW, TS-4DW 등의 비선형 위상이 풍부한 위상 다이어그램이 밝혀졌습니다.”라고 말했습니다.

이 연구는 Chen 팀이 진행 중인 연구의 일부입니다. 이 연구는 “2D 자석”의 새로운 물리학 및 특성과 관련된 팀의 최근 관련 간행물 몇 가지를 따릅니다.2D 자기 이종 구조에서 전기장 조정 가능 계면 강자성의 출현“라는 글이 최근에 게재되었습니다. 네이처커뮤니케이션즈. 이 연구 방법은 스핀트로닉스 및 스핀트로닉스 분야에서 흥미로운 잠재력을 가지고 있습니다.

“확인된 골판지 자석은 스핀트로닉스 및 자기 전자공학을 위한 새로운 종류의 재료 플랫폼을 가리킨다”고 Chen은 말합니다. “관찰된 전압 보조 자기 전환 및 전자기 효과는 유망한 메모리 및 스핀 논리 장치로 이어질 수 있습니다. 새로운 자유도로서 이 트위스트는 vdW 자석의 광범위한 호모/헤테로 이중층에 적용될 수 있으며 다음과 같은 기회를 열어줍니다. 스핀트로닉스 응용뿐만 아니라 새로운 물리학을 추구합니다.”

참고 자료: Guanghui Cheng, Muhammad Mushfiqur Rahman, Andres Llacsahuanga Allcca, Avinash Rustagi, Xingtao Liu, Lina Liu, Lei Fu, Yanglin Zhu, Zhiqiang Mao, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi의 “삼요오드화 크롬 트위스트 이중 이중층의 전기적으로 조정 가능한 모아레 자기” . , Prami Upadhyaya 및 Yong Pei Chen, 2023년 6월 19일, 자연 전자.
도이: 10.1038/s41928-023-00978-0

주로 퍼듀(Purdue) 출신인 이 팀에는 Guangwei Cheng 박사와 Muhammad Mushfiqur Rahman이라는 두 명의 동일한 기여 수석 저자가 포함되어 있습니다. Cheng은 Purdue 대학에서 Dr. Yong-Pei Chen 그룹의 박사후 연구원이었으며 현재 Tohoku 대학의 Advanced Institute for Materials Research(AIMR, Chen이 수석 연구원이기도 함)의 조교수입니다. Muhammad Mushfiqur Rahman은 Prami Upadhyaya 박사 그룹의 박사 과정 학생입니다. Chen과 Upadhyaya는 이 출판물의 교신저자이며 Purdue University의 교수입니다. Chen은 Carl Lark Horowitz 물리학 및 천문학 교수이자 전기 및 컴퓨터 공학 교수이자 Purdue Institute for Quantum Science and Engineering의 소장입니다. Upadhyaya는 전기 및 컴퓨터 공학 조교수입니다. 다른 Purdue 팀원으로는 Andres Laxahuanga Alka(박사 과정 학생), Lina Liu 박사(포스트닥), Chen 그룹의 Li Fu 박사(포스트닥), Upadhyaya 그룹의 Avinash Rustagi 박사(포스트닥) 및 Xingtao Leo 박사가 있습니다. (Burke Center for Nanotechnology의 전 연구 조교).

이 작업은 양자 과학 센터(QSC, 국립 양자 정보 과학 연구 센터) 및 DoD 종합 대학 연구 이니셔티브(MURI) 프로그램(FA9550-)을 통해 미국 에너지부(DOE) 과학 사무국에서 부분적으로 지원됩니다. 1-0322). Cheng과 Chen은 또한 연구 초기 단계에서 WPI-AIMR, JSPS KAKENHI Basic Science A(18H03858), New Science(18H04473 및 20H04623) 및 Tohoku 대학의 FRiD 프로그램으로부터 부분적인 지원을 받았습니다.

Upadhyaya는 또한 NSF(National Science Foundation)(ECCS-1810494)의 지원을 인정합니다. 대량 크리어_삼 결정은 미국 에너지부(DE-SC0019068)의 지원을 받아 펜실베니아 주립 대학의 Zhiqiang Mao 그룹에서 제공됩니다. 대량 hBN 결정은 JSPS KAKENHI(승인 번호 20H00354, 21H05233 및 23H02052)와 세계 프리미어 국제 연구 이니셔티브 센터(WPI), MEXT의 지원을 받아 일본 국립 재료 과학 연구소의 Kenji Watanabe와 Takashi Taniguchi가 제공합니다. , 일본.