在磁性范德华异质结构中发现的电控交换偏置效应

范德华(vdW)铁磁体是vdW异质结构器件的构建块，例如vdW铁磁(FM)-反铁磁(AFM)异质结构和vdWFM-铁电异质结构。这些vdW异质结构器件因其在现代自旋电子学中的广阔应用前景而备受关注。

然而，vdW异质结构的界面耦合由于较大的vdW间隙而较弱，这阻碍了这一新兴领域的发展。对如何电调谐vdW异质结构器件中的界面耦合的理解仍然难以捉摸。

近日，中科院合肥物理所高磁场实验室郑国林教授与皇家墨尔本理工大学王岚教授合作，对FePS3中的界面耦合进行了实验研究——Fe5GeTe2范德华异质结构通过质子插层。

这是科学家们第一次发现界面耦合诱导的交换偏置效应可以通过栅极诱导的质子插层进行电控制，这为在更多的vdW异质结构中操纵界面耦合提供了一种有前途的方法。

结果最近发表在NanoLetters上。

在这项研究中，该团队制造了FePS3-Fe5GeTe2vdW异质结构器件(FM层Fe5GeTe2的厚度在12-18nm之间)，并表明由于界面产生了低于20K的弱交换偏置效应。磁耦合。

然而，当他们将异质结构器件放在固体质子导体上时，阻塞温度(交换偏置效应消失的地方)被提高到60K。此外，观察到的交换偏置效应可以电切换“ON”和“OFF”由于在栅极电压下质子的嵌入或脱出。

有趣的是，顶部Fe3GeTe2层的磁性——包括矫顽力、异常霍尔电阻率和居里温度——在整个浇注过程中没有变化，这表明质子嵌入对FM层的影响非常有限。

基于密度泛函理论的进一步理论计算表明，质子插层主要影响界面处的磁耦合以及AFM层中的磁配置，从而导致栅极可调交换偏置效应。