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劉知琪教授課題組在Nature Electronics上報道首個反鐵磁材料拓撲反常霍爾效應的電場門控器件

發佈時間:2018-03-14  瀏覽次數:

傳統的鐵磁材料  ,如Fe,Co ,Ni及其合金材料,在現代信息磁存儲領域(如硬盤,磁帶 ,信用卡磁條等)中發揮着重要作用 。人們在數字時代的日常生活信息 。 。然而 ,隨着全球數據量的爆炸性增長,信息存儲過程中的能量消耗正在增加 ,並且大部分能量消耗來自於用於產生磁場的電流的無效焦耳熱。線。迫切需要傳統的磁存儲器來替換新型存儲設備以減少能量消耗 。另外  ,基於鐵磁材料的磁存儲裝置易受周圍雜散磁場的干擾 ,導致“消磁”,導致數據丟失。

非共線反鐵磁材料中異常霍爾效應的示意圖

多年來,反鐵磁材料在固定現代磁存儲器的磁頭結構中的鐵磁材料的磁化方向中起作用 ,因爲它們沒有宏觀磁性 。隨着近年來對反鐵磁材料的深入研究,反鐵磁自旋電子學逐漸成爲一門前沿學科,例如  ,利用與反鐵磁材料中的自旋軌道耦合相關的各向異性磁阻效應。它可以應用於存儲器存儲設備,其最大的優點包括其有效抵抗外部磁場干擾和固有自旋高頻動態的能力 。此外,理論研究發現 ,由於Bloch波段的特殊對稱性和拓撲特徵,一些非共線反鐵磁材料表現出異常的霍爾效應 ,最初僅在鐵磁材料中發現。通過添加磁場,非共線自旋結構分離材料中的電子和空穴,以產生垂直於電流方向的霍爾電壓。

澳门网上真人赌场劉志奇教授編寫了一種高質量的非共線反鐵磁金屬間化合物Mn3Pt外延單晶薄膜[圖(a)]對壓電陶瓷BaTiO3單晶襯底。在其中觀察到大的室溫拓撲異常霍爾效應。在此基礎上,實驗小組進一步在壓電陶瓷BaTiO3襯底上施加電場[圖 。 (c)]使壓電變形驅動Mn3Pt薄膜的晶體結構發生變形 ,使得Mn3Pt的自旋結構可以是共線和非共線的來回切換 ,因此 ,拓撲異常霍爾效果消失或出現[圖。 (d)]  。這樣 ,實現了所施加的電場對反鐵磁材料的拓撲異常霍爾效應的“開”和“關”調節,尤其是零磁場下的調節對實際應用非常有利。

(a)Mn3Pt合金的晶體和自旋結構示意圖,藍色球體是Mn原子 ,灰色球體是Pt原子 。 (b)異常霍爾電阻隨施加的磁場而變化  。 (c)電場門控示意圖。 (d)電場控制異常霍爾效應的“開放”和“關閉”。

由於壓電陶瓷是非常好的絕緣體,因此施加到BaTiO3的電場產生的電場非常小且可以忽略不計,因此以這種方式編碼信息存儲可以有效地避免焦耳熱  ,從而大大減少信息存儲。能源消耗過程中 。此外,利用反鐵磁材料進行信息存儲研究 ,有望製備出能夠抵抗外部磁場干擾和極低能耗的高頻信息存儲設備,不僅可以用於日常生活中的信息存儲 ,而且也在惡劣的磁場中。信息存儲和處理。

這項工作於3月9日在線發表《自然·電子學》 ,發佈頁面的截圖如下:

此外,自然電子公司邀請反鐵磁電子領域着名學者ChristophSürgers教授和德國卡爾斯魯厄理工真人赌场平台撰寫新聞與報道。正规真人赌场平台“異常霍爾效應的電氣轉換”主題的觀點 ,同期發表,這項工作已經有所展現 。

參加北航研究的人員包括蔣成寶教授 ,王敬民副教授 ,劉景華博士 ,研究生馮澤新 ,嚴偉 。理論工作由科羅拉多州立大學的Chen Wei教授和德克薩斯大學奧斯汀分校的Allan H. MacDonald教授完成 。實驗觀察得到了很好的解釋。

該研究由國家自然科學基金和正规真人赌场平台青年人才計劃資助。

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作爲自然出版集團的新刊物 ,《自然·電子學》(自然電子)針對學術界和工業界,發佈電子領域基礎和應用研究的最新原創成果,重點關注新興技術的發展和它對社會變革的主要影響 。

官方網站:https://www.nature.com/natelectron/ 。