Twistronics와 spintronics의 결합은 양자 전자 공학의 차세대 도약이 될 수 있습니다.

Twistronics는 새로운 댄스 동작, 운동 장비 또는 새로운 음악 유행이 아닙니다. 아니, 그 어떤 것보다 훨씬 더 멋지다. 반 데르 발스 물질이 평평한 상태를 유지하면서 쉽게 비틀고 회전할 수 있는 연의 종이 시트와 같이 층으로 서로 쌓이는 양자 물리학 및 재료 과학의 흥미로운 새로운 발전이며 양자 물리학자들은 이를 사용했습니다. 흥미로운 양자 현상을 발견하기 위해 쌓습니다.

반강자성체의 꼬인 이중 이중층으로 양자 스핀의 개념을 추가하면 조정 가능한 모아레 자성을 가질 수 있습니다. 이것은 twistronics의 다음 단계인 spintronics를 위한 새로운 종류의 재료 플랫폼을 제안합니다. 이 새로운 과학은 유망한 메모리 및 스핀 논리 장치로 이어질 수 있으며 스핀트로닉스 응용 프로그램을 통해 물리학의 세계를 완전히 새로운 길로 열 수 있습니다.

Purdue University의 양자 물리학 및 재료 연구원 팀은 CrI를 사용하여 스핀 자유도를 제어하는 ​​트위스트를 도입했습니다._삼, 층간 반 강자성 결합 반 데르 발스 (vdW) 재료를 매체로 사용합니다. 그들은 “크롬 트리아이오다이드의 꼬인 이중 이중층에서 전기적으로 조정 가능한 모아레 자기”라는 연구 결과를 발표했습니다. 네이처 일렉트로닉스.

“이 연구에서 우리는 꼬인 이중 이중층 CrI를 제작했습니다._삼즉, 그들 사이에 비틀림 각도가 있는 이중층과 이중층을 더한 것입니다.”라고 출판물의 공동 저자인 Guanghui Cheng 박사는 말했습니다.

대부분 Purdue에서 온 이 팀에는 Guanghui Cheng 박사와 Mohammad Mushfiqur Rahman이라는 두 명의 공동 기여 수석 저자가 있습니다. Cheng은 Purdue University의 Yong P. Chen 박사 그룹의 박사후 연구원이었으며 현재 Tohoku University의 Advanced Institute for Material Research(AIMR, Chen이 연구 책임자이기도 함)의 조교수입니다. Mohammad Mushfiqur Rahman은 Dr. Pramey Upadhyaya 그룹의 박사 과정 학생입니다. Chen과 Upadhyaya는 모두 이 간행물의 교신저자이며 Purdue University의 교수입니다. Chen은 물리학 및 천문학의 Karl Lark-Horovitz 교수, 전기 및 컴퓨터 공학 교수, Purdue Quantum Science and Engineering Institute의 이사입니다. Upadhyaya는 전기 및 컴퓨터 공학 조교수입니다. 다른 Purdue 소속 팀원으로는 Andres Llacsahuanga Allcca(박사 과정 학생), Lina Liu 박사(박사후 연구원), Chen 그룹의 Dr. Lei Fu(박사후 연구원), Upadhyaya 그룹의 Dr. Avinash Rustagi(박사후 연구원) 및 Dr. Xingtao Liu가 있습니다. (Birck Nanotechnology Center의 전 연구 조교).

“우리는 반강자성체를 그 자체 위에 쌓아서 꼬았고 짜잔 강자성체를 얻었습니다.”라고 Chen은 말합니다. “이것은 또한 꼬인 2D 재료에서 최근에 등장한 ‘꼬인’ 또는 무아레 자기 영역의 놀라운 예입니다. 여기서 두 레이어 사이의 비틀림 각도는 강력한 조정 손잡이를 제공하고 재료 특성을 극적으로 변경합니다.”

“꼬인 이중 이중층 CrI 제조_삼우리는 이중층 CrI의 한 부분을 찢습니다_삼“라고 Cheng은 설명합니다. “자기 거동을 몇 가지까지 조사하는 민감한 도구인 자기광학 Kerr 효과(MOKE) 측정을 통해 원자층에서 우리는 모아레 자기의 특징인 강자성 및 반강자성 질서의 공존을 관찰하고 전압 보조 자기 스위칭을 추가로 시연했습니다. 이러한 모아레 자성은 공간적으로 변화하는 강자성 및 반강자성 상을 특징으로 하는 새로운 형태의 자성이며, 모아레 초격자에 따라 주기적으로 번갈아 나타납니다.”

지금까지 Twistronics는 꼬인 이중층 그래핀과 같은 전자 특성을 조절하는 데 주로 초점을 맞추었습니다. Purdue 팀은 회전 자유도에 트위스트를 도입하기를 원했고 CrI를 사용하기로 결정했습니다._삼, 층간 반 강자성 결합 vdW 재료. 적층된 반강자성체가 자체적으로 비틀린 결과는 서로 다른 비틀림 각도로 샘플을 제작함으로써 가능했습니다. 즉, 일단 제작되면 각 소자의 비틀림각이 고정되어 MOKE 측정을 수행하게 된다.

이 실험에 대한 이론적 계산은 Upadhyaya와 그의 팀이 수행했습니다. 이것은 Chen 팀이 도달한 관찰에 대한 강력한 지원을 제공했습니다.

“우리의 이론적인 계산은 TA-1DW, TA-2DW, TS-2DW, TS-4DW 등의 비공선상 위상을 가진 풍부한 위상 다이어그램을 밝혀냈습니다.”라고 Upadhyaya는 말합니다.

이 연구는 Chen 팀의 지속적인 연구 방법으로 접힙니다. 이 작업은 최근 Nature Communications에 발표된 “Emergence of electric-field-tunable interfacial ferromagnetism in 2D antiferromagnet heterostructures”와 같은 새로운 물리학 및 “2D 자석”의 특성과 관련된 팀의 여러 관련 최근 간행물을 따릅니다. 이 연구 분야는 트위스트론 및 스핀트로닉스 분야에서 흥미로운 가능성을 가지고 있습니다.

“확인된 모아레 자석은 스핀트로닉스 및 자기전자공학을 위한 새로운 종류의 재료 플랫폼을 제안합니다.”라고 Chen은 말합니다. “관찰된 전압 보조 자기 스위칭 및 자기 전기 효과는 유망한 메모리 및 스핀 로직 장치로 이어질 수 있습니다. 새로운 자유도로서 트위스트는 vdW 자석의 광범위한 동종/이종 이중층에 적용할 수 있으며, 새로운 물리학과 스핀트로닉스 응용을 추구합니다.”

이 작업은 양자 과학 센터(QSC, 국가 양자 정보 과학 연구 센터) 및 국방부(DOD) 종합 대학 연구 이니셔티브(MURI) 프로그램(FA9550- 20-1-0322). Cheng과 Chen은 또한 연구 초기 단계에서 WPI-AIMR, JSPS KAKENHI Basic Science A(18H03858), New Science(18H04473 및 20H04623), Tohoku University FRiD 프로그램으로부터 부분적인 지원을 받았습니다. Upadhyaya는 NSF(National Science Foundation)(ECCS-1810494)의 지원도 인정합니다. 대량 CRI_삼 크리스탈은 US DOE(DE-SC0019068)의 지원하에 펜실베니아 주립 대학의 Zhiqiang Mao 그룹에서 제공합니다. 벌크 hBN 결정은 JSPS KAKENHI(보조금 번호 20H00354, 21H05233 및 23H02052)와 세계 프리미어 국제 연구 센터 이니셔티브(WPI), MEXT, 일본의 지원을 받아 일본 국립 재료 과학 연구소의 Kenji Watanabe와 Takashi Taniguchi가 제공합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/06/230621164645.htm