【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置(SHMFF)用戶河南大學王凱教授、康朝陽副教授與中國科學院合肥物質(zhì)院強磁場科學中心韓玉巖副研究員合作，依托SHMFF物性測試系統(tǒng)，在Pt/CrI3異質(zhì)結(jié)構(gòu)輸運性質(zhì)研究取得了新進展。該成果于2024年09月30日在國際著名學術出版社Elsevier發(fā)行的期刊Applied Surface Science上在線發(fā)表。
 

　　隨著科技的不斷進步，二維磁性材料因其獨特的物理特性在自旋電子學器件中展現(xiàn)出巨大的應用潛力。研究團隊聚焦于二維磁性絕緣體CrI3納米片與金屬Pt薄膜構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，探索其磁性與電子輸運性質(zhì)的相互作用。該異質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)合了CrI3的磁性絕緣特性和Pt薄膜的金屬性，為研究磁性與電子輸運性質(zhì)的相互作用提供了理想平臺。
 

　　該研究團隊采用化學氣相沉積法成功制備了高質(zhì)量的CrI3單晶，并利用微納加工技術構(gòu)建了Pt/CrI3異質(zhì)結(jié)構(gòu)。通過實驗觀察到，Pt薄膜在與CrI3納米片接觸后，表現(xiàn)出了反?；魻栃?，這表明Pt薄膜通過磁性近鄰效應獲得了鐵磁性。密度泛函理論計算進一步揭示了Pt 5d和Cr 3d電子之間的交換相互作用在界面處的增強，這是Pt薄膜磁化的關鍵因素。
 

　　該研究團隊發(fā)現(xiàn)Pt/CrI3異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電阻隨溫度和磁場變化明顯。在強磁場下，該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出非線性霍爾效應，這通常與鐵磁性相關。隨著溫度的升高，這種效應逐漸減弱，表明Pt層通過鄰近效應獲得了磁性。研究團隊還發(fā)現(xiàn)電流能夠調(diào)控Pt的磁化特性，即：增加測試電流可以降低Pt層的矯頑力和飽和電阻。此外，發(fā)現(xiàn)反?；魻栯娮桦S著Pt層厚度的增加而減小。這是由Pt層的磁化強度逐漸降低引起，從而進一步證實了Pt的磁化主要是界面效應。通過第一性原理計算，研究團隊發(fā)現(xiàn)Pt/CrI3異質(zhì)結(jié)構(gòu)形成了界面雜化軌道，Pt在費米能級發(fā)生了明顯的分裂，導致上下自旋態(tài)密度不均而產(chǎn)生磁矩。
 

　　這些發(fā)現(xiàn)為理解基于自旋的物理現(xiàn)象提供了新的視角，并為基于二維材料的自旋電子學設備的發(fā)展提供了重要的理論基礎和實驗數(shù)據(jù)。精確控制界面處的電子交換相互作用，可以有效地調(diào)控Pt層的磁化狀態(tài)，這對于設計新型自旋電子學器件具有重要意義。
 

　　河南大學王凱教授、康朝陽副教授和中國科學院合肥物質(zhì)院強磁場中心韓玉巖副研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、強磁場安徽省實驗室的支持。
 

　　圖1. Pt/CrI3異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電輸運測量結(jié)果。 (a)Pt薄膜以及Pt/CrI3異質(zhì)結(jié)構(gòu)的“橫向電阻-溫度”曲線；(b) 不同溫度下Pt (3 nm)/CrI3 (50 nm) 異質(zhì)結(jié)構(gòu)的反?；魻栯娮?RAHE)；(c) 不同測試電流得到的Pt (3 nm)/CrI3 (50 nm) 異質(zhì)結(jié)構(gòu)的反?；魻栯娮瑁瑴y試溫度為2 K；(d) 不同厚度的Pt層構(gòu)筑的Pt/CrI3(60 nm)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的反?；魻栯娮?，測試溫度為2 K；(e) 不同溫度下Pt (3 nm)/CrI3 (50 nm)的“霍爾電阻-溫度”曲線；(f) Pt (3 nm)/CrI3 (50 nm)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的ΔRAHE隨溫度的變化(ΔRAHE=RAHE(+5T)-RAHE(-5T))