Количественная оценка спина в WTe2 для будущей спинтроники

<div data-thumb="https://scx1.b-cdn.net/csz/news/tmb/2021/quantifying-spin-in-wt.jpg" data-src="https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/hires/2021/quantifying-spin-in-wt.jpg" data-sub-html="Left: monolayer WTe2 device (scale bar = 5um). Right: Gate-dependent conductance at varying temperatures. Credit: Нано буквы“>

Нано буквы“width =” 800 “height =” 406 “/>
Слева: однослойное устройство WTe2 (шкала = 5 мкм). Справа: проводимость, зависящая от затвора, при различных температурах. Кредит: Нано буквы

Международная коллаборация под руководством RMIT, опубликованная на этой неделе, обнаружила большое анизотропное магнитосопротивление (AMR) в плоскости квантового спинового холловского изолятора, и ось спинового квантования краевых состояний может быть четко определена.


Квантовый спиновый изолятор Холла (QSHI) – это двумерное состояние вещества с изолирующим объемом и недиссипативными спиральными краевыми состояниями, которые демонстрируют синхронизацию спинового момента, что является многообещающим вариантом для разработки будущих низкоэнергетических устройств наноэлектроники и спинтроники. .

Сотрудничество исследователей из RMIT, UNSW и Южно-Китайского педагогического университета (Китай) FLEET впервые подтвердило существование большого плоского AMR в монослое WTe.2 который представляет собой новый QSHI с более высокими критическими температурами.

Обеспечивая электрическую проводимость без потерь энергии, такие материалы могут стать основой нового поколения электроники со сверхнизкой энергией.

Изготовление монослоя WTe2 устройства

Появление топологических изоляторов вселило большие надежды в исследователей, ищущих недиссипативный транспорт, и, таким образом, решение уже наблюдаемого выхода закона Мура на плато.

В отличие от ранее описанных систем с квантовыми ямами, которые могли демонстрировать квантованный краевой транспорт только при низких температурах, недавнее наблюдение квантованного краевого переноса при 100 K в предсказанном QSHI с большой запрещенной зоной, монослое WTe2 , пролил больше света на применение QSHI.

«Несмотря на то, что мы накопили большой опыт в наборе гетероструктур Ван-дер-Ваальса (vdW), изготовление однослойных vdW-устройств для нас все еще было сложной задачей», – говорит первый автор исследования доктор Ченг Тан.

“Поскольку монослой WTe2 наноструктуры трудно получить, мы сначала сосредоточились на более зрелом материале, графене, чтобы разработать лучший способ изготовления монослоя WTe.2 vdW devices », – говорит Ченг, научный сотрудник FLEET University RMIT в Мельбурне.

Поскольку монослой WTe2 нанофлейки также очень чувствительны к воздуху, поэтому для их инкапсуляции следует использовать защитные «амурные костюмы» из инертных нанофлейт hBN. Кроме того, перед проведением серии испытаний на открытом воздухе сборка проводилась в перчаточном боксе, не содержащем кислорода и воды. После некоторых усилий команда успешно изготовила монослой WTe.2 устройства с электродами затвора и наблюдаемые типичные транспортные поведения закрытого монослоя WTe2.

«Для материалов, которые будут использоваться в будущих устройствах спинтроники, нам нужен метод определения характеристик вращения, в частности направления вращения», – говорит д-р Гуолин Чжэн (также из RMIT).

<div data-thumb="https://scx1.b-cdn.net/csz/news/tmb/2021/quantifying-spin-in-wt-1.jpg" data-src="https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/2021/quantifying-spin-in-wt-1.jpg" data-sub-html="When monolayer WTe2 device (left) is tilted in in-plane direction, AMR (right) varies by angle of tilt, shown at varying magnetic field, and reaches a minimal value when the magnetic field is perpendicular to the edge current direction. Credit: Нано буквы“>

<img src="https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2021/quantifying-spin-in-wt-1.jpg" alt="Quantifying spin in WTe2 for future spintronics" title="When monolayer WTe2 device (left) is tilted in in-plane direction, AMR (right) varies by angle of tilt, shown at varying magnetic field, and reaches a minimal value when the magnetic field is perpendicular to the edge current direction. Credit: Нано буквы“/>
Когда однослойное устройство WTe2 (слева) наклонено в направлении плоскости, AMR (справа) изменяется на угол наклона, показанный при изменении магнитного поля, и достигает минимального значения, когда магнитное поле перпендикулярно направлению краевого тока. Кредит: Нано буквы

“Однако в монослое WTe2, синхронизация спинового импульса (существенное свойство QSHI) и возможность определения оси квантования спина в ее спиральных краевых состояниях еще предстоит продемонстрировать экспериментально ».

Анизотропное магнитосопротивление (AMR) – это эффективный метод измерения переноса, позволяющий выявить взаимосвязь между спином и импульсом электронов при спин-поляризованном токе.

Учитывая, что краевые состояния QSHI позволяют переносить только спин-поляризованные электроны, команда затем использовала измерения AMR, чтобы исследовать потенциальную синхронизацию спинового момента в краевых состояниях монослоя WTe.2.

“К счастью, мы нашли правильный метод борьбы с однослойным WTe2 «нанофлейки», – говорит соавтор доктор Фэйсян Сян (UNSW). «Затем мы выполнили угловые измерения переноса, чтобы исследовать потенциальные особенности спина в краевых состояниях».

Выполнение анизотропного магнитосопротивления и определение оси квантования спина

Однако топологические краевые состояния – не единственная возможная причина синхронизации спинового момента и эффектов AMR в плоскости в QSHI. Расщепление Рашбы также может вызывать аналогичные эффекты, что может сделать неясными экспериментальные результаты.

«К счастью, топологические краевые состояния и расщепление Рашбы вызывают очень разные зависящие от логического элемента поведение AMR в плоскости, потому что структура полос в этих двух ситуациях все еще очень различается». говорит соавтор профессор Алекс Гамильтон (также в UNSW).

«Большинство образцов показывают, что минимум AMR в плоскости происходит, когда магнитное поле почти перпендикулярно направлению краевого тока». – говорит Ченг.

Дальнейшие теоретические расчеты сотрудников Южно-Китайского педагогического университета дополнительно подтвердили, что спины электронов в краевых состояниях монослоя WTe2 всегда должны быть перпендикулярны их направлениям распространения, так называемая «спин-импульсная синхронизация».

“Амплитуды плоского AMR, наблюдаемые в монослой WTe2 очень большой, до 22% », – говорит соавтор, профессор Лан Ван (также из RMIT).

«В то время как предыдущие амплитуды плоского AMR в других трехмерных топологических изоляторах составляли всего около 1%. С помощью AMR измерений мы также можем точно определить ось квантования спина спин-поляризованных электронов в краевых состояниях».

«Опять же, эта работа демонстрирует многообещающий потенциал QSHI для проектирования и разработки новых спинтронных устройств и доказывает, что AMR является полезным инструментом для проектирования и разработки основанных на QSHI спинтронные устройства, которые являются одним из перспективных направлений для FLEET в реализации устройств с низким энергопотреблением в будущем ».


Ученые изобразили проводящие края многообещающего двухмерного материала


Больше информации:
Ченг Тан и др., Анизотропное магнитосопротивление, вызванное блокировкой спинового импульса в монослое WTe2, Нано буквы (2021 г.). DOI: 10.1021 / acs.nanolett.1c02329

Цитата: Количественная оценка вращения в WTe2 для будущей спинтроники (2021 г., 3 ноября) получено 3 ноября 2021 г. из https://phys.org/news/2021-11-quantifying-wte2-future-spintronics.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, воспроизведение какой-либо части без письменного разрешения запрещено. Контент предоставляется только в информационных целях.

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.