Миллиметр

Особенность от 31 июля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Ингрид Фаделли, Phys.org

Мероны, топологические структуры, основанные на намагниченных в плоскости магнитных материалах, могут иметь множество ценных применений, особенно для переноса информации или хранения магнитного заряда. Однако большинство прошлых реализаций этих структур были ограничены по размеру и термической стабильности или имели непрактичные требования, такие как применение внешних магнитных полей.

Исследователи из Университета Сямэнь и различных других институтов в Японии, Китае и Швеции недавно разработали крупномасштабные решетки меронов, которые можно использовать для введения спинов в светодиоды или другие устройства. Эти решетки, представленные в Nature Electronics, состоят из трех слоев: тонкой пленки железа, зажатой между пленкой палладия и пленкой оксида магния.

«Использование топологических спиновых структур ограничено их ограниченным масштабом, требованиями к термической стабильности или магнитному полю», — рассказал Phys.org Япин Ву, один из исследователей, проводивших исследование. «В этой работе мы разработали подход к росту с помощью сильного магнитного поля (HMF) для преодоления этих ограничений, позволяющий создавать меронные решетки миллиметрового масштаба, которые стабильны при комнатной температуре и нулевом внешнем магнитном поле. любопытно, как эти решетки будут модулировать электрон-спиновый транспорт».

Их теоретический анализ дал ответ: решетки меронов способны вызывать спиновую поляризацию инжектируемого тока. При использовании для введения спинов в светодиод на основе нитридов мероновые решетки, созданные Ву и ее коллегами, достигли очень многообещающих результатов, обеспечив рекордно высокую электролюминесценцию с круговой поляризацией. Примечательно, что это было достигнуто в условиях комнатной температуры без необходимости использования особенно низких температур или использования внешних магнитных полей.

«Это исследование основано на идее и предыдущих исследовательских усилиях по использованию растущего магнитного поля для улучшения кристаллизации материалов», — сказал Ву. «Тем временем наша исследовательская группа занималась проектированием, структурным ростом и разработкой устройств широкозонных полупроводников. Поэтому в этой работе была освещена концепция объединения построенных решеток меронов миллиметрового масштаба с фотоэлектронными полупроводниками».

Топологические квазичастицы, такие как мероны или скирмионы, по сути представляют собой некомпланарные спиновые структуры, топологически защищенные внутри магнитных материалов. Ву и ее коллеги приступили к разработке топологических спиновых структур, стабильных при комнатной температуре и в отсутствие приложенного магнитного поля, что до сих пор оказалось очень сложной задачей.

«Топологическая стабильность зависит от сильных орбитальных взаимодействий; таким образом, HMF во время кристаллизации может усиливать и замораживать d-, s- и p-орбитальные связи, как мы и предсказывали с помощью расчетов из первых принципов», — объяснил Ву. «Соответственно, мы разработали и изготовили оборудование для метода молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE) с использованием HMF для выращивания материалов с сильной связью».

Используя предложенный подход, исследователи создали трехслойную структуру, а именно слой оксидов палладия, железа и магния (Pd/Fe/MgO). Эта структура, обеспечивающая межфазное взаимодействие Дзялошинского-Мория (ДМИ), была помещена на пластину нитрида галлия (GaN).

«HMF применялся во время роста пленки Fe, чтобы еще больше нарушить симметрию пространственной инверсии и контролировать выравнивание орбиталей для достижения высокоупорядоченной кристаллизации и вращения. В результате были построены более крупномасштабные решетки меронов», — сказал Ву. «Полученные крупномасштабные решетки меронов стабильны при комнатной температуре и в нулевом магнитном поле».