Une collaboration internationale dirigée par RMIT publiée cette semaine a atteint un dopage électronique report dans un ferromagnétique en couches, provoquant une changeover de stage magnétique avec une promesse importante pour l’électronique potential



Le contrôle du magnétisme (ou des directions de spin) par la pressure électrique est important pour le développement de futurs dispositifs nanoélectroniques et spintroniques à haute vitesse et à faible énergie, tels que les dispositifs de pair spin-orbite et les transistors à effet de champ de spin.

La transition de stage magnétique induite par dopage à cost extremely élevée dans un ferromagnétique en couches permet des programs prometteuses dans les dispositifs spintroniques antiferromagnétiques



La collaboration FLEET de chercheurs du RMIT, de l’UNSW, de l’Université de Wollongong et du partenaire FLEET Substantial Magnetic Discipline Laboratory (Chine) démontre pour la première fois qu’une focus de dopage électronique extremely-élevé (supérieure à 1021 cm-3) peut être induite dans le fourgon stratifié. der Waals (vdW) matériau métallique Fe5GeTe2 par intercalation de protons, et peut en outre provoquer une transition de l’état fondamental magnétique du ferromagnétisme à l’antiferromagnétisme.

RÉGLAGE DU MAGNÉTISME DANS LE FERROMAIMANT VDW Fe5GeTe2 (F5GT)

L’émergence de matériaux magnétiques vdW en couches a accéléré une recherche croissante de nouveaux dispositifs spintroniques vdW.

Par rapport aux ferroaimants itinérants, les antiferroaimants (AFM) présentent des avantages uniques en tant que blocs de building de ces futurs dispositifs spintroniques. Leur robustesse aux champs magnétiques parasites les rend adaptés aux dispositifs de mémoire, et les dispositifs de few spin-orbite basés sur l’AFM nécessitent une densité de courant inférieure à celle des ferroaimants.

Cependant, actuellement, les antiferromagnétiques itinérants vdW sont encore rares.

Outre la synthèse directe d’un antiferromagnétique vdW, une autre méthode achievable pour cette fonction consiste à induire une changeover de phase magnétique dans un ferromagnétique itinérant vdW existant.

« Nous avons choisi de travailler avec le ferromagnétique itinérant vdW Fe5GeTe2 (F5GT) nouvellement synthétisé », déclare le premier auteur de l’étude, le Dr Cheng Tan (RMIT), chercheur FLEET.

« Notre expérience précédente sur Fe3GeTe2 (Mother nature Communication 2018) nous a permis d’identifier et d’évaluer rapidement les propriétés magnétiques du matériau, et certaines études indiquent que Fe5GeTe2 est wise aux arrangements atomiques locaux et aux configurations d’empilement intercouches, ce qui signifie qu’il serait attainable d’induire une changeover de period dans par dopage « , dit Cheng.

L’équipe a d’abord étudié les propriétés magnétiques de nanofeuillets de Fe5GeTe2 de différentes épaisseurs par des mesures de transportation d’électrons.

Cependant, les résultats de transportation initiaux montrent également que la densité électronique dans Fe5GeTe2 est élevée comme prévu, indiquant que le magnétisme est difficile à moduler par la tension de grille traditionnelle en raison de l’effet d’écran électrique dans le métal  :

« Malgré la densité de charge élevée dans Fe5GeTe2, nous savions qu’il valait la peine d’essayer de régler le matériau through une synchronisation protonique, comme nous l’avons déjà fait dans Fe3GeTe2 (Actual physical Critique Letters 2020), car les protons peuvent facilement pénétrer dans l’intercalaire et induire un dopage de cost significant, sans endommager la structure du réseau », explique le co-auteur, le Dr Guolin Zheng (également au RMIT).

FABRICATION DU TRANSISTOR À EFFET DE CHAMP PROTONIQUE SOLIDE (SP-FET)

Comme tous les chercheurs en informatique classique au-delà du CMOS, l’équipe cherche à construire une forme améliorée du transistor, les commutateurs qui constituent l’épine dorsale binaire de l’électronique moderne.

Un transistor à effet de champ protonique solide (SP-FET) est un transistor qui commute en fonction de l’insertion (intercalation) de protons. Contrairement aux FET à protons traditionnels (qui commutent par immersion de liquide et sont considérés comme des candidats prometteurs pour faire le pont entre l’électronique traditionnelle et les systèmes biologiques. ), le SP-FET est solide et convient donc à une utilisation dans des appareils réels.

Il a été démontré que le SP-FET est très puissant pour accorder des matériaux métalliques épais (c’est-à-dire qu’il peut induire un niveau de dopage de demand élevé), qui sont très difficiles à moduler by way of des techniques traditionnelles de déclenchement diélectrique ou ionique (en raison de l’effet de blindage électrique métal).

En fabriquant un transistor à effet de champ protonique solide (SP-FET) avec Fe5GeTe2, l’équipe a pu modifier considérablement la densité de porteurs dans Fe5GeTe2 et modifier son état magnétique fondamental. D’autres calculs de la théorie fonctionnelle de la densité ont confirmé les résultats expérimentaux.

« Tous les échantillons montrent que l’état ferromagnétique peut être progressivement supprimé en augmentant l’intercalation des protons, et enfin nous voyons plusieurs échantillons n’afficher aucune boucle d’hystérésis, ce qui indique le changement de l’état magnétique fondamental, les calculs théoriques sont cohérents avec les résultats expérimentaux », dit Cheng.

« Le succès de la réalisation d’une section AFM dans des nanofeuillets de ferromagnétique vdW Fe5GeTe2 constitue une étape importante vers des dispositifs antiferromagnétiques vdW et des hétérostructures qui fonctionnent à haute température », déclare le co-auteur A/Prof Lan Wang (également au RMIT).

« Encore une fois, cela démontre que notre procedure de porte protonique est une arme puissante dans les expériences de transportation d’électrons, et probablement dans d’autres domaines. »