Исследователи из Forschungszentrum Jülich создали первый в мире экспериментально подтверждённый двумерный полуметалл
Исследователи из Forschungszentrum Jülich успешно создали первый в мире экспериментально подтверждённый двумерный полуметалл — материал, который проводит электричество с помощью электронов только одного типа спина: либо «спин-ап», либо «спин-даун». Их выводы, опубликованные в журнале Physical Review Letters, знаменуют собой важный этап в поиске материалов, обеспечивающих энергоэффективность спинтроники, выходящей за рамки традиционной электроники.
Полуметаллы — ключ к спинтронике
В отличие от традиционных проводников, полуметаллы пропускают только одну ориентацию спина. Это делает их идеальными кандидатами для спинтроники — информационной технологии нового поколения, использующей как заряд, так и спин электронов для хранения и обработки данных. В традиционной электронике используется только заряд.
Однако все известные полуметаллы работают только при ультранизких температурах и теряют свои особые свойства на поверхности, что ограничивает их использование.
Новый материал от Forschungszentrum Jülich
Команда из Forschungszentrum Jülich разработала двумерный полуметалл в виде ультратонкого сплава железа и палладия толщиной всего в два атома на кристалле палладия. Используя современную технику визуализации, называемую спиновой микроскопией с разрешением по импульсу, они показали, что сплав пропускает только один тип спина, подтвердив давно искомое двумерное полуметаллическое состояние.
«Примечательно, что материалу не требуется идеальная кристаллическая структура, что является серьёзным преимуществом для промышленного производства. Его особые электронные свойства можно точно настроить, регулируя содержание железа», — объясняет Синь Лян Тан, доктор философии в группе доктора Кристиана Туше в Институте Петера Грюнберга (PGI-6).
Открытие опровергает давнее предположение
Открытие также опровергает давнее предположение о том, что спин-орбитальная связь — взаимодействие между спином электрона и его движением — препятствует полуметаллическим свойствам. «Вместо этого, когда спин-орбитальная связь тщательно сбалансирована с магнитным обменом от атомов железа, она помогает реализовать этот эффект, как мы смогли показать», — добавляет доктор Ин-Джиун Чен из Центра Эрнста Руска по микроскопии и спектроскопии с электронами (ER-C-1) в Forschungszentrum Jülich.
Новый материал может служить основой для спинтронических компонентов, таких как спиновые фильтры и системы спин-орбитального крутящего момента, которые имеют решающее значение для переключения магнитных состояний в микросхемах памяти. Поскольку он остаётся эффективным вплоть до комнатной температуры и хорошо интегрируется с тонкоплёночными технологиями, сплав предлагает перспективный путь к практическому применению.
Кроме того, материал демонстрирует редкую особенность: его спиновая поляризация направлена противоположно направлению намагниченности, что может открыть новые возможности в наномасштабных магнитных устройствах.
Предоставлено Центром исследований в Юлихе.
published as an Editors’ Suggestion in Physical Review Letters, mark a milestone in the quest for materials enabling energy-efficient spintronic that go beyond conventional electronics.”,”Half metals are key to spintronics: Unlike traditional conductors, half metals allow only one spin orientation to pass through. This makes them ideal candidates for spintronics, a next-generation information technology that leverages both the charge and the spin of electrons for data storage and processing. In conventional electronics, on the other hand, only the charge is used.”,”However, all known half metals operate only at ultra-low temperatures and lose their special properties at the surface—limiting their use. This was until now, when the team at Forschungszentrum Jülich engineered a 2D half metal in the form of an ultrathin alloy of iron and palladium, just two atoms thick, on a palladium crystal. Using a state-of-the-art imaging technique called spin-resolved momentum microscopy, they showed that the alloy allows only one spin type to conduct, confirming the long-sought 2D half-metallicity.”,”\”Remarkably, the material doesn’t require a perfect crystal structure, which is a major advantage for real-world fabrication. Its special electronic properties can be fine-tuned by adjusting the iron content,\” explains Xin Liang Tan, Ph.D. student in the group of Dr. Christian Tusche at the Peter Grünberg Institute (PGI-6).”,”The discovery also overturns the long-standing assumption that spin–orbit coupling—an interaction between an electron’s spin and its motion—hinders half-metallicity. \”Instead, when carefully balanced with magnetic exchange from the iron atoms, spin–orbit coupling helps enable the effect, as we could show,\” adds Dr. Ying-Jiun Chen from the Ernst Ruska-Centre for Microscopy and Spectroscopy with Electrons (ER-C-1) at Forschungszentrum Jülich.”,”The new material could serve as a foundation for spintronic components such as spin filters and spin-orbit torque systems, which are crucial for switching magnetic states in memory chips. Because it remains effective up to room temperature and integrates well with thin-film technologies, the alloy offers a promising route toward practical applications.”,”In addition, the material shows a rare feature: its spin polarization runs opposite to the direction of magnetization, a phenomenon that could unlock new functionalities in nanoscale magnetic devices.”,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tJülich Research Centre\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Atomic and Condensed Matter\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник