Les interactions magnétiques-spin qui permettent la manipulation du spin par commande électrique permettent des applications potentielles dans des dispositifs spintroniques économes en énergie.

Un échange antisymétrique connu sous le nom d'interactions Dzyaloshinskii-Moriya (DMI) est essentiel pour former diverses textures de spin chirales, comme les skyrmions, et permet leur application potentielle dans des dispositifs spintroniques économes en énergie.

Publié cette semaine, une collaboration sino-australienne a pour la première fois illustré que le DMI peut être induit dans un matériau stratifié tantale-sulfure (TaS 2 ) en intercalant des atomes de fer, et peut en outre être réglé par intercalation de protons induite par la porte.

À la recherche de matériaux en couches qui abritent des textures de spin chirales, comme les skyrmions, Le domaine chiral Walls est vital pour d'autres nanodispositifs à faible énergie, car ces textures de spin chirales sont des blocs de construction pour les dispositifs spintroniques topologiques et peuvent être pilotées par une densité de courant ultra-faible.

Généralement, les textures de spin chirales sont stabilisées par DMI. Par conséquent, L'introduction et le contrôle du DMI dans les matériaux sont essentiels pour rechercher et manipuler les textures de spin chirales.

"Le sulfure de tantale fait partie de la grande famille des dichalcogénures de métaux de transition (TMDC) étudiée par FLEET pour des applications à basse énergie, " dit le premier auteur de l'étude, FLEET Chercheur Dr. Guolin Zheng (RMIT).

L'équipe a d'abord réalisé avec succès un DMI important dans le matériau stratifié tantale-sulfure (TaS 2 ) en intercalant des atomes de Fe.

Cependant, contrôler électriquement le DMI s'avère difficile :

"Les deux portes de champ électrique conventionnelles, et la technique alternative largement utilisée de l'ion-liquide (Li ⁺ ) les gating ont heurté des écueils dans la commande électrique des DMI dans les ferroaimants itinérants, parce que le champ électrique et Li ⁺ ne peut moduler que les porteurs proches de la surface, " explique Guolin.

Pour remédier à cette limitation lors du réglage du DMI, le groupe du RMIT a récemment développé une nouvelle technique de porte protonique, et illustré avec succès que le DMI peut être considérablement contrôlé par des intercalations de protons induites par la grille.

En augmentant l'intercalation des protons par la tension de grille, l'équipe a pu modifier de manière significative la densité des porteurs et affiner le DMI via le mécanisme Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY), qui fait référence au couplage des moments magnétiques nucléaires.

"La résistivité de Hall topologique observée après intercalation de protons a été multipliée par plus de quatre sous quelques volts, indiquant une énorme augmentation de DMI, " déclare le co-auteur A/Prof Lan Wang (également au RMIT).

"Le réglage réussi du DMI dans l'aimant chiral Fe-intercalé TaS 2 par porte protonique permet un contrôle électrique des textures de spin chirales ainsi que les applications potentielles dans des dispositifs spintroniques économes en énergie, " déclare le co-auteur, le professeur Mingliang Tian, qui est un chercheur partenaire de FLEET et directeur de l'organisation partenaire du Centre, le High Magnetic Field Laboratory (province d'Anhui, Chine).

"Tailoring Dzyaloshinskii-Moriya interaction in a transition metal dichalcogenide by dual-intercalation" a été publié dans Communication Nature en juin 2021.