丁宏 | 高自旋軌域轉矩效率範德華異質結構

美國海軍研究實驗室的研究人員制備了一種具有弱的層間交互作用的Bi2Se3/Fe3GeTe2範德華異質結構，可提高自旋軌域轉矩（SOT）效率並使臨界電流密度最小化。

使用電學手段有效檢測和控制磁性材料的自旋狀態，對資訊儲存裝置發展意義重大。利用拓撲絕緣體作為自旋產生層，透過自旋軌域轉矩可切換鐵磁體的磁化狀態。但是，當拓撲絕緣體與傳統塊狀鐵磁性金屬結合時，電荷轉移和混成耦合會破壞自旋織構，降低SOT效率。研究人員利用Bi2Se3和垂直各向異性的二維金屬鐵磁體Fe3GeTe2，制成了全範德華異質結構。首先，在藍寶石襯底上沈積由（Bi0.5In0.5）2Se3和In2Se3組成的緩沖層；然後，利用分子束外延法生長Bi2Se3薄膜；隨後，將Fe3GeTe2薄片直接剝離轉移至Bi2Se3薄膜上，並沈積SiNx以防止Fe3GeTe2氧化。實驗表明：這種異質結構的臨界開關電流密度低至1.2×106 A/cm2；溫度為5~150 K時，SOT效率為1.8±0.3~1.4±0.08，與目前最高水平相當。

這種Bi2Se3/Fe3GeTe2範德華異質結構具有高的自旋軌域轉矩效率的，可用於制造下一代低功耗非揮發性記憶體和自旋電子器件。