Estructura cristalina, mostrando átomos de hierro (rojo) en estructura de sulfuro de tantalio. Crédito:FLOTA
Las interacciones de espín magnético que permiten la manipulación de espín mediante control eléctrico permiten aplicaciones potenciales en dispositivos espintrónicos energéticamente eficientes.
Un intercambio antisimétrico conocido como interacciones Dzyaloshinskii-Moriya (DMI) es vital para formar varias texturas de espín quiral, como skyrmions, y permite su aplicación potencial en dispositivos espintrónicos energéticamente eficientes.
Publicado esta semana, una colaboración entre China y Australia ha demostrado por primera vez que se puede inducir DMI en un material en capas de sulfuro de tantalio (TaS 2 ) intercalando átomos de hierro, y además se puede sintonizar mediante la intercalación de protones inducida por la puerta.
Buscando materiales en capas que alberguen texturas de espín quiral, como skyrmions, Los muros de dominio quiral son vitales para otros nanodispositivos de baja energía, ya que esas texturas de espín quiral son bloques de construcción para dispositivos espintrónicos topológicos y pueden ser impulsadas por una densidad de corriente ultrabaja.
Generalmente, Las texturas de espín quiral se estabilizan mediante DMI. Por lo tanto, introducir y controlar DMI en materiales es clave para buscar y manipular las texturas de espín quiral.
"El sulfuro de tantalio es uno de la gran familia de dicalcogenuros de metales de transición (TMDC) investigados por FLEET para aplicaciones de baja energía, "dice el primer autor del estudio, Investigador FLEET Dr. Guolin Zheng (RMIT).
Dispositivo de barra de pasillo en conductor de protón sólido, utilizado para medir la resistividad de Hall en diferentes condiciones. Crédito:FLOTA
En primer lugar, el equipo realizó con éxito un DMI considerable en el material en capas de sulfuro de tantalio (TaS 2 ) intercalando átomos de Fe.
Sin embargo, controlar eléctricamente el DMI resulta ser un desafío:
"Tanto la compuerta de campo eléctrico convencional, y la técnica alternativa ampliamente utilizada de ion-líquido (Li + ) la compuerta ha topado con escollos en el control eléctrico de DMI en ferromagnetos itinerantes, porque el campo eléctrico y Li + solo puede modular los portadores cerca de la superficie, "explica Guolin.
Para abordar esta limitación en el ajuste de la DMI, el grupo de RMIT desarrolló recientemente una nueva técnica de puerta protónica, e ilustró con éxito que la DMI se puede controlar de forma espectacular mediante intercalaciones de protones inducidas por puertas.
Al aumentar la intercalación de protones por voltaje de puerta, el equipo pudo cambiar significativamente la densidad del portador y afinar aún más el DMI a través del mecanismo Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY), que se refiere al acoplamiento de momentos magnéticos nucleares.
Crédito:FLOTA
"La resistividad de Hall topológica observada después de la intercalación de protones se ha incrementado más de cuatro veces con unos pocos voltios, lo que indica un gran aumento de DMI, "dice el coautor A / Prof Lan Wang (también en RMIT).
"La sintonización exitosa de DMI en TaS intercalado con Fe de imán quiral 2 por puerta protónica permite un control eléctrico de las texturas de espín quiral, así como las aplicaciones potenciales en dispositivos espintrónicos energéticamente eficientes, "dice el coautor, el profesor Mingliang Tian, que es un investigador asociado de FLEET y director de la organización asociada del Centro, el Laboratorio de Alto Campo Magnético (provincia de Anhui, Porcelana).
"Adaptación de la interacción Dzyaloshinskii-Moriya en un dicalcogenuro de metal de transición por intercalación dual" se publicó en Comunicaciones de la naturaleza en junio de 2021.
