二维磁性Janus层状材料中的拓扑自旋结构

admin   2021-09-06 15:50:33   208

相关论文:Topological spin textures in a two-dimensional MnBi2(Se, Te)4 Janus material
课题组:米文博


【引言】

       基于磁斯格明子的自旋电子器件在信息存储和逻辑运算等领域具有广阔的应用前景,是近些年来自旋电子学研究的热点。在实际应用中还要解决诸如其室温下的稳定性、可控读写以及与当前磁存储结构兼容等问题。解决上述问题的关键是找到具有合适的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI)和垂直磁各向异性的材料。目前研究最多的是铁磁金属/重金属界面体系,其通过Fert-Levy机制由非磁性衬底提供强自旋轨道耦合从而产生较大DMI。而重金属的存在,一般会影响存储器件的读写效率,并与当前工业界普遍使用的磁隧道结存储结构不兼容,使制造工艺复杂化。且在铁磁金属/重金属界面体系中,产生的磁斯格明子尺寸大多在100纳米以上,不利于实际应用(小于10纳米)。此外,人们还希望可以进一步突破界面的限制,即在低维本征磁性体系中找到具有拓扑保护的手性磁结构。 

【成果简介】

       近日,我系米文博教授课题组在Applied Physics Letters发表了题为“Topologicalspin textures in a two-dimensional MnBi2(Se, Te)4 Janusmaterial”的研究文章,文章被选为(Editor’sPick) “FeaturedArticle”,并且科学之光栏目(AIPScilight)对该工作进行了专访报道。研究团队设计了一种Janus材料MnBi2(Se,Te)4。研究发现,当MnBi2(Se, Te)4的磁化强度垂直于平面方向时,可以实现量子化的霍尔效应。在温度和磁场作用下,具有较强DMI和面内磁各向异性的MnBi2(Se,Te)4可以稳定多种新奇的磁构型。特别地,利用范德华异质结构工程技术,可以在相应的MnBi2(Se,Te)4/MnBi2Te4异质结构中稳定尺寸小于10纳米的本征磁斯格明子。这些结果为二维自旋电子器件中拓扑自旋结构的产生和调制提供了新思路。


【图文导读】 


图1 (a)不考虑自旋轨道耦合时MnBi2(Se,Te)4的能带结构。(b)考虑SOC且M//z时MnBi2(Se,Te)4的能带结构和放大图以示出显示能带反转。(c)考虑SOC且M//z时MnBi2(Se,Te)4的边缘态。(d)考虑SOC且M//z时MnBi2(Se,Te)4的霍尔电导σxy。(插图)带隙内贝里曲率的k空间分布。(e)考虑SOC且M//x时和(f)考虑SOC且q=0.04(2π/a)时MnBi2(Se,Te)4的能带结构。  


图2  在(a)0、(b)0.2、(c)0.7、(d)1.2T面外和(e)0.03、(f)0.09T面内磁场作用下MnBi2(Se,Te)4的自旋织构。平面外分量Mz由彩色图表示。(g)面外和(h)面内磁场和温度的磁相图。  


图3  (a)平衡层间距离为2.97Å的MnBi2(Se,Te)4/MnBi2Te4异质结构的侧视图。在考虑层间交换耦合的MnBi2(Se,Te)4/MnBi2Te4异质结构中(b)MnBi2(Se,Te)4层和(c)MnBi2Te4层的自旋织构。(d)在(b)和(c)中以正方形划分的自旋织构的示意图。  

文章信息:Topologicalspin textures in a two-dimensional MnBi2(Se, Te)4 Janusmaterial, Appl. Phys. Lett. 119, 072401 (2021); https://doi.org/10.1063/5.0057794  Scilight新闻报道:Engineeringand controlling topological spin textures for use in practical applications, https://doi.org/10.1063/10.0006030 


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