Twistfysica is een nieuw gebied van de kwantumfysica dat nieuwe kwantumfenomenen onderzoekt door van der Waals-materialen te stapelen. Onderzoekers van Purdue University hebben het veld verder ontwikkeld door kwantumspin te introduceren in het gedraaide dubbellaagse materiaal van een antiferromagneet, waardoor afstembaar moiré-magnetisme ontstaat. Deze doorbraak stelt nieuwe materialen voor spintronica voor en zal naar verwachting de ontwikkeling van geheugen- en spinlogica-apparaten bevorderen.
Kwantumonderzoekers van Purdue University hebben afstembaar moiré-magnetisme aangetoond door een dubbellaagse film van een antiferromagneet te draaien. Twist-techniek is geen nieuwe dansbeweging, fitnessapparatuur of nieuwe muziekrage; het is veel cooler dan dat allemaal. Het is een opwindende nieuwe ontwikkeling op het gebied van de kwantumfysica en de materiaalkunde. Van der Waals-materialen worden, net als een rol papier, in lagen op elkaar gestapeld en kunnen gemakkelijk worden gedraaid en gedraaid terwijl ze plat blijven. Kwantumfysici gebruiken deze stapels om interessante kwantumfenomenen te ontdekken.
Kwantumfysici hebben deze stapels gebruikt om interessante kwantumfenomenen te ontdekken. Door het concept van kwantumspin te combineren met gedraaide dubbellaagse stapels antiferromagneten, is het mogelijk afstembaar moiré-magnetisme te creëren. Dit biedt een nieuw soort materiaalplatform voor spintronica, de volgende stap in dubbele elektronica. Deze nieuwe wetenschap kan leiden tot veelbelovende herinneringen en spinlogica-apparaten, waardoor een nieuw pad wordt geopend voor spintronica-toepassingen in de natuurkundegemeenschap.
Een kwantumfysica- en materiaalonderzoeksteam aan de Purdue University gebruikte het tussenlaagse antiferromagnetische koppelingsmateriaal CrI3 van der Waals (vdW) als medium om twisttechnologie te introduceren om de spinvrijheidsgraad te controleren. Ze publiceerden hun onderzoeksresultaten met de titel "Electrically Tunable Moiré Magnetism in Twisted Chromium Triiodide Bilayers" in Nature Electronics.
"In deze studie hebben we gedraaid dubbellaags chroomtrioxide gemaakt, dat wil zeggen dat er een draaihoek is tussen de dubbellaag en de dubbellaag", zegt Dr. Guanghui Cheng, co-eerste auteur van het artikel. "We rapporteren moiré-magnetisme met rijke magnetische fasen en bereiken opmerkelijke afstembaarheid via elektrische methoden."
"We hebben een antiferromagneet op zichzelf gestapeld en gedraaid, en we kregen een ferromagneet", zei Cheng. "Het is ook een treffend voorbeeld van de recente opkomst van 'gedraaid' of moiré-magnetisme in gedraaide 2D-materialen, waarbij de draaihoek tussen twee materiaallagen een krachtige afstemknop oplevert die de eigenschappen van het materiaal dramatisch verandert."
"Om de gedraaide dubbellaag CrI3 te maken, hebben we een zogenaamde tear-and-stack-techniek gebruikt, waarbij een deel van de dubbellaag CrI3 uit elkaar wordt gescheurd, geroteerd en op een ander deel wordt gestapeld", legt Cheng uit. "Door middel van magneto-optische Kerr-effect (MOKE) metingen hebben we het naast elkaar bestaan van ferromagnetische en antiferromagnetische orden waargenomen, een kenmerk van Moiré-magnetisme, en hebben we spanningsondersteunde magnetische schakeling verder gedemonstreerd. Dit Moiré-magnetisme is een nieuwe vorm van magnetisme met ruimtelijk variërende ferromagnetische en antiferromagnetische fasen die periodiek afwisselen volgens een Moiré-superrooster. "
Tot nu toe heeft gedraaide elektronica zich vooral gericht op het moduleren van elektronische eigenschappen, zoals gedraaid dubbellaags grafeen. Het Purdue-team wilde twist introduceren in de vrijheidsgraad van de spin en koos ervoor om het tussenlaagse antiferromagnetische koppelingsmateriaal CrI3 te gebruiken. Door monsters met verschillende draaihoeken te maken, is het mogelijk om antiferromagneten in zichzelf te draaien. Met andere woorden: zodra de fabricage is voltooid, wordt de draaihoek van elk apparaat vastgesteld voordat MOKE-metingen worden uitgevoerd.
Upadhyaya en zijn team voerden theoretische berekeningen uit op het experiment. Dit biedt krachtige ondersteuning voor de observatieresultaten van het team van Dr. Cheng. Hij zei: "Onze theoretische berekeningen onthulden een rijk fasediagram, inclusief niet-geconjugeerde fasen zoals TA-1DW, TA-2DW, TS-2DW, TS-4DW, enz."
Deze studie valt samen met een lopend onderzoek door het team van Cheng. Voorafgaand aan dit werk had het team onlangs verschillende artikelen gepubliceerd over nieuwe fysica en eigenschappen van 'tweedimensionale magneten', zoals 'Emergence of electric-field-tunable interfacial ferromagnetismin2Dantiferromagnetheterostructures', onlangs gepubliceerd in Nature Communications. Deze onderzoeksrichting biedt opwindende mogelijkheden op het gebied van duale elektronica en spintronica.
"De ontdekte Moliere-magneten bieden een nieuw soort materiaalplatform voor spintronica en magneto-elektronica", zei Cheng. "De waargenomen spanningsondersteunde magnetische schakelingen en magneto-elektrische effecten kunnen leiden tot veelbelovende geheugen- en spinlogica-apparaten. Als een nieuwe mate van vrijheid kan twisting worden toegepast op verschillende homo/verschillende lagen vdW-magneten, wat mogelijkheden opent om nieuwe natuurkunde en spintronica-toepassingen na te streven."
Samengestelde bron: ScitechDaily