稳态强磁场实验装置用户构筑新型二维磁性同质偏置器件
时间 : 2022-12-01     

近期,稳态强磁场实验装置(SHMFF)用户中科院合肥研究院强磁场中心盛志高研究员课题组与中国科学技术大学张振宇教授等人合作,依托SHMFF所属的超导磁体SM1及超快光学测试系统成功研发了一种新型二维同质偏置器件。与三维同类器件相比,该二维偏置具有无老化、可延长、可恢复等特点,不仅为低维磁性器件设计和交换偏置效应机理的研究提供了新思路,而且有望作为二维电子技术与装备中的核心磁性元器件。相关研究成果“Emergent, Non-Aging, Extendable, and Rechargeable Exchange Bias in 2D Fe3GeTe2 Homostructures Induced by Moderate Pressuring”发表在国际期刊Advanced Materials上,并申请了发明专利。 

二维范德瓦尔斯磁性材料,因其层状结构、无悬键表面、强磁各向异性等特性,为基础磁性研究和低维磁性器件开发提供了极佳的平台。但弱的层间耦合作用,极大限制了二维磁性材料的功能器件应用。因此,如何有效通过界面工程,实现强的磁交换作用(如交换偏置效应,ExB),已成为构建二维磁性器件的关键科学问题之一。 

针对这一问题,强磁场中心盛志高课题组经过大量材料筛选与技术探索,最终发现通过单轴压力技术,可以将具有铁磁基态的二维铁锗碲(Fe3GeTe2)材料诱导成为具有铁磁-反铁磁共存的材料同质、磁性异质结构,且发现该结构具有实用级的交换偏置效应。借助SHMFF磁光系统中的磁光Kerr(MOKE)技术、二次非线性产生光谱(SHG)技术,结合高分辨透射电子显微镜与第一性原理计算,研究团队充分证实了压力诱导的相变及其交换偏置的起源。由于该成分同质、磁性异质结构的铁磁-反铁磁耦合发生在范德瓦尔斯材料内部,其原子级平滑的磁性界面使其交换偏置效应展现出无老化(non-aging)、可延长(extendable),可恢复(rechargeable)等三维器件中不存在的优良特性。这一结果为设计和开发高性能二维磁性器件开辟了一条新的途径,其优异的交换偏置特性为二维磁性器件的有效应用提供了机遇。 

强磁场中心盛志高研究员和中国科学技术大学张振宇教授为本文的共同通讯作者。山西师范大学许小红团队、固体所罗轩、强磁场中心孙玉平团队共同参与此项课题研究。 

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202203411

 
 
 
图1.(a)单轴加压处理后诱导FGT磁转变的示意图;(b)加压后FGT的磁光现象;(c)FGT无老化、可延长、可恢复的交换偏置效应示意图