Des scientifiques du NUS ont découvert le phénomène de biais d'échange dans le CrCl de van der Waals 3 /Fe 3 GeTe 2 hétérostructures. Le phénomène de polarisation d'échange a de nombreuses applications dans les capteurs magnétiques et les têtes de lecture magnétiques, ce qui n'a pas été rapporté dans les hétérostructures de van der Waals auparavant.

L'effet de biais d'échange se manifeste par un décalage de la boucle d'hystérésis dans le sens négatif ou positif par rapport au champ appliqué. Le mécanisme est généralement attribué à un brochage unidirectionnel d'un ferromagnétique (FM) par un antiferromagnétique (AF) adjacent. Par conséquent, par rapport à un seul ferromagnétique (couche libre) sans un tel goupillage unidirectionnel, un système AF/FM à polarisation d'échange correctement conçu (couche bloquée) a une direction de magnétisation préférée et un champ de commutation relativement élevé. Ainsi, un dispositif constitué d'une couche épinglée et d'une couche libre, avec une entretoise, peut servir de capteur pour la direction et la force du champ magnétique. Le dispositif aura deux états mémoire distincts ("1" et "0") définis par l'aimantation dans la couche libre, soit parallèle ou antiparallèle à la couche épinglée. Un tel appareil, bien connues sous le nom de vannes de spin et de jonctions tunnel magnétiques, sont largement intégrés dans les technologies de mémoire telles que les supports de stockage, capteurs de lecture, et mémoire magnétique à accès aléatoire.

L'effet de biais d'échange a été répliqué dans une large gamme d'interfaces AF/FM, par exemple, les bicouches métalliques IrMn/NiFe largement utilisées dans les têtes de lecture commerciales. Si ces systèmes bicouche AF/FM sont constitués d'hétérostructures magnétiques de van der Waals qui présentent un effet de polarisation d'échange, il pourrait être avantageux pour les dispositifs d'approcher potentiellement des dimensions atomiquement minces et d'être plus flexibles.

Une équipe dirigée par le professeur Andrew Wee, Département de physique et Centre des matériaux 2D avancés, NOUS, a découvert la présence de l'effet de biais d'échange dans le CrCl exfolié mécaniquement 3 /Fe 3 GeTe 2 , une hétérostructure de van der Waals. Les chercheurs ont fabriqué un dispositif de test en transférant de minces flocons de CrCl 3 et Fe 3 GeTe 2 sur un SiO 2 /Si substrat. La valeur mesurée du champ polarisé pour le dispositif de test est supérieure à 50 mT (à une température de 2,5 K). Ceci est comparable aux valeurs rapportées dans les multicouches métalliques AF/FM polarisées par échange conventionnel. De plus, le champ polarisé est hautement réglable et peut être ajusté en modifiant le processus de refroidissement du champ et l'épaisseur de l'hétérostructure. L'équipe de recherche a également proposé un modèle théorique expliquant que les configurations de spin dans CrCl 3 joue un rôle crucial dans l'effet de biais d'échange dans l'hétérostructure.

"Notre observation est d'une immense importance car elle valide l'existence de l'effet de biais d'échange dans une interface 2-D van der Waals, qui aborde un problème clé dans la communauté de la recherche 2-D, ", a déclaré le professeur Wee.

Le travail est une collaboration avec le professeur Zhang Wen de la Northwestern Polytechnical University, Chine (un ancien chercheur dans le groupe du professeur Wee) et le professeur Zhai Ya de l'Université du Sud-Est, Chine.

Prochain, l'équipe vise à incorporer de telles hétérostructures dans des dispositifs flexibles fonctionnels, avec une épaisseur très réduite et une température de travail augmentée.