通过自旋-自旋转换实现单层二维稀释磁性半导体的磁开关
介观与纳米尺度物理
2025-02-14 v1 材料科学
摘要
将二维 van der Waals (vdW) 磁性体与拓扑绝缘体或重金属材料集成，具有实现下一代自旋电子器器件的巨大潜力。然而，在无外部磁场条件下实现单层 vdW 磁性体的高效室温自旋轨迹 (SOT) 开关是一个重大挑战。本文展示了在最高可达 380 K 的条件下，利用自旋-自旋转换实现对单层稀释磁性半导体 (Fe:MoS2) 中垂直磁化的无场确定性、非易失性 SOT 开关，其电流密度为 。通过化学气相沉积对 Fe 原位掺杂单层 MoS2 以及晶体中几何引起的应变，打破了 Fe:MoS2 中的旋转对称性，从而通过自旋-自旋转换产生垂直自旋，实现无场 SOT 开关。观察到的零平面磁场下的异常霍尔效应 (AHE) 环位移验证了 Fe:MoS2 中存在 z 方向自旋，产生反潮湿-like torque，促进无场 SOT 开关。还观察到强大的拓扑霍尔效应 (THE)，归因于界面 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用 (DMI)，降低了 SOT 开关的能量垄。这种利用二维单层铁磁体实现的无场 SOT 应用，为开发高能效自旋电子器件提供了新路径。
引用
@article{arxiv.2412.06650,
title = {Magnetic Switching in Monolayer 2D Diluted Magnetic Semiconductors via Spin-to- Spin Conversion},
author = {Siwei Chen and Zitao Tang and Mengqi Fang and Rui Sun and Xiaotong Zhang and Licheng Xiao and Seyed Sepehr Mohajerani and Na Liu and Yuze Zhang and Abdus Salam Sarkar and Dali Sun and Stefan Strauf and Eui- Hyeok Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.06650},
year = {2025}
}
备注
26 pages, including SOI