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SHMFF用戶在Pt/CrI3異質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中取得新進(jìn)展

發(fā)布時間：2024/10/30 11:22:17編輯：Ma Liang
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近日，穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實驗裝置（SHMFF）用戶河南大學(xué)王凱教授、康朝陽副教授與中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強(qiáng)磁場科學(xué)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(yùn)性質(zhì)研究取得了新進(jìn)展。該成果于2024年09月30日在國際著名學(xué)術(shù)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(jìn)步，二維磁性材料因其獨(dú)特的物理特性在自旋電子學(xué)器件中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。研究團(tuán)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(yùn)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(yùn)性質(zhì)的相互作用提供了理想平臺。

該研究團(tuán)隊采用化學(xué)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(shù)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�(yīng)，這表明Pt薄膜通過磁性近鄰效應(yīng)獲得了鐵磁性。密度泛函理論計算進(jìn)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(qiáng)，這是Pt薄膜磁化的關(guān)鍵因素。

該研究團(tuán)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(qiáng)磁場下，該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出非線性霍爾效應(yīng)，這通常與鐵磁性相關(guān)。隨著溫度的升高，這種效應(yīng)逐漸減弱，表明Pt層通過鄰近效應(yīng)獲得了磁性。研究團(tuán)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)反常霍爾電阻隨著Pt層厚度的增加而減小。這是由Pt層的磁化強(qiáng)度逐漸降低引起，從而進(jìn)一步證實了Pt的磁化主要是界面效應(yīng)。通過第一性原理計算，研究團(tuán)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(fèi)米能級發(fā)生了明顯的分裂，導(dǎo)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(xué)設(shè)備的發(fā)展提供了重要的理論基礎(chǔ)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(shè)計新型自旋電子學(xué)器件具有重要意義。

河南大學(xué)王凱教授、康朝陽副教授和中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強(qiáng)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(xué)基金、強(qiáng)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(yùn)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)的反常霍爾電阻（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�，測試溫度為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�；魻栯娮瑁瑴y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）)