有效的磁化控制是磁学和自旋电子学的核心问题1-8。特别是,对于具有非常规功能的自旋电子器件,对范德华 (vdW) 磁体中磁态的多功能操控的需求日益增加9-13。已经实现了通过自旋扭矩对 vdW 磁体进行磁化切换的电控制,但在没有外部磁场的情况下铁磁状态到反铁磁状态之间的电流诱导相变尚未得到证明12,14,15。在这里,我们报道了电流诱导的 vdW 铁磁体 Fe 5 GeTe 2 中的磁相变,从而产生了巨磁电阻。基于磁输运测量和相关理论分析,我们证明该转变是通过平面电流诱导的跨 vdW 间隙电压差在各层中依次发生的。 34 Fe 5 GeTe 2 中磁相的电流可调性为磁性能的电控制开辟了一条道路,扩展了我们将 vdW 磁体用于各种自旋电子器件应用的能力。36
其中,磁性 skyrmion 正被考虑用作信息载体,它是具有手性边界的纳米级自旋结构。[2] 自 2009 年首次在 MnSi 单晶中实验观察到 skyrmion 以来 [3],skyrmion 已在多种薄膜系统 [4–8] 以及其他单晶中被发现。[3,9–12] 在同一时期,随着石墨烯单层剥离的成功演示,二维层状材料家族引起了广泛关注。[13] 磁性范德华 (vdW) 晶体的加入为自旋电子学应用打开了大门。几种二维层状磁性材料块体晶体,包括 Cr 2 Ge 2 Te 6、[14] CrI 3、[15] 和 Fe 3 GeTe 2、[16],已被证明在厚度仅为一个或几个单层时就表现出磁性。前两种材料是绝缘的,而 Fe 3 GeTe 2(FGT)是金属的,因此提供了通过自旋流操纵自旋纹理的可能性。由于表现出强的垂直磁各向异性,并且可以通过改变其化学成分或离子门控来调整其居里温度(T c ),FGT 是一种非常适合自旋电子应用的材料。[16–19]
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相变材料 (PCM) 可以在结晶状态和非晶态之间快速可逆地切换,具有显著的光学和电子对比度。[1–3] 这些特性被广泛应用于电子非挥发性存储器 [4–7] 和纳米光子学等一系列设备中。[8–10] 在基于 PCM 的随机存取存储器 (PCRAM) 中,SET 操作通过结晶实现,RESET 通过熔融淬火非晶化实现。 可以对更复杂的操作进行编程,包括迭代 RESET 和累积 SET,对应于中间和部分结晶/非晶态,用于神经启发计算应用。[11–18] 伪二元 GeTe–Sb 2 Te 3 系列上的 Ge–Sb–Te (“GST”) 化合物 [19] 已得到广泛研究,旗舰化合物 Ge 2 Sb 2 Te 5 和 GeSb 2 Te 4 目前被用作
玻璃和相应的晶体通常具有相似的局部顺序和可比的特性。我们通过量化化学键来解释这些相似之处。使用量子化学键合描述符(电子在原子之间转移和共享的电子),我们证明在诸如SIO 2,GESE 2和GESE之类的普通玻璃中,玻璃中的化学键合,相应的晶体几乎没有差异。相反,对于仅在图的不同区域中发现的晶体,由两个粘结描述符跨越,获得了非常规的玻璃,在局部顺序和光学特性上都不同。该区域包含Gete,SB 2 TE 3和GESB 2 TE 4的晶体,这些晶体采用了元键合。因此,我们可以通过识别那些采用特殊键的晶体来设计非常规的玻璃。
相变材料 (PCM) 可以在结晶状态和非晶态之间快速可逆地切换,具有显著的光学和电子对比度。[1–3] 这些特性被广泛应用于电子非挥发性存储器 [4–7] 和纳米光子学等一系列设备中。[8–10] 在基于 PCM 的随机存取存储器 (PCRAM) 中,SET 操作通过结晶实现,RESET 通过熔融淬火非晶化实现。 可以对更复杂的操作进行编程,包括迭代 RESET 和累积 SET,对应于中间和部分结晶/非晶态,用于神经启发计算应用。[11–18] 伪二元 GeTe–Sb 2 Te 3 系列上的 Ge–Sb–Te (“GST”) 化合物 [19] 已得到广泛研究,旗舰化合物 Ge 2 Sb 2 Te 5 和 GeSb 2 Te 4 目前被用作
非挥发相变的内存设备利用局部加热来在具有不同电性能的晶体和无定形状态之间切换。扩展这种切换到两个拓扑上不同的阶段需要受控的非易失性切换在两个具有不同对称性的晶体相之间。在这里,我们报告了在两个稳定且密切相关的晶体结构之间的可逆和非挥发性切换的观察,并具有非常不同的电子结构,在近室温的范德华(Van der waals)中,van der waals feromagnet fe 5-Δgete 2。我们表明,通过Fe位置空缺的顺序和无序,可以通过两阶段的晶体对称性来实现开关,这可以通过热退火和淬火方法来控制。这两个阶段是由于在位置排序相中保留的全局反转对称性而存在拓扑结节线的区别,这是由量子破坏性干扰在双位晶格上引起的,而在站点排序相位的反转对称性。
相变内存(PCM)是一种非易失性存储技术,被认为是存储类内存和神经启发设备的最有前途的候选人。通常是根据Gete制造的 - SB 2 TE 3伪二元合金。但是,它具有技术局限性,例如电阻的噪声和漂移以及用于现实世界设备应用的高电流。最近,在记忆细胞中使用功能性(屏障)材料异质化材料的异质结构化PCM(HET-PCM),通过降低此类固有限制,在设备性能中表现出巨大的增强器件性能的增强。从这个角度来看,我们与常规合金型PCM相比,介绍了HET-PCM的最新发展和相关的操作机制。我们还突出了相应的设备增强功能,尤其是它们的热稳定性,耐力,复位电流密度,设定速度和电阻漂移。最后,我们为HET-PCM的有希望的研究方向提供了前景,包括基于PCM的神经形态计算。
原子层面的磁相互作用在磁性中起着核心作用。近年来兴起的二维范德华 (vdW) 磁性材料由于其高结晶性、可调性以及可研究不同厚度的可能性,为研究磁相互作用提供了可能性[1,2],其中晶格特性可通过多种具有空间分辨率的探针轻松获取,如扫描探针和拉曼光谱[3-5]。磁相互作用最重要的指标之一是居里温度 (TC)。出于提高 TC 的实际动机,磁相互作用与 TC 之间的关系在 vdW 磁体中得到了广泛的研究。例如,通过电门控(特别是在场效应晶体管的结构中)研究了磁相互作用与电子结构和载流子浓度的变化,这改变了 Cr 2 Ge 2 Te 6 局部磁系统的磁滞曲线,而 TC 没有任何显著变化,而对于类似结构的 Fe 3 GeTe 2 流动磁系统,TC 从 205K 升高到室温以上 [6, 7]。从历史上看,
主组硫化岩广泛用于相变数据存储[1-3]和静电能量转换。[4 - 6]相变材料(PCM)可以可逆地在无定形状态和晶状状态之间切换,这些状态与二进制数字“ 0”和“ 1”相等。[1,7]上级PCM需要分别具有高速相变(包括高速相变的属性)以及两个状态之间的大型光学和电阻对比,分别是可重写的光学和非挥发性电子数据存储。[1,8],疗程材料需要大的电导率(σ),如金属中,具有高的seebeck系数(s)(如半轴),以及低导热率(κ)和低的导热率(κ ZT = S2σT /κ的序列。[9-11]有趣的是,这些苛刻且看似矛盾的要求是在一类葡萄菌化合物(例如Gete和SB 2 TE 3)及其合金中发现的。[3,12,13]这种令人惊讶的属性组合促使我们研究了负责属性独特投资组合的潜在机制。材料的特性通常受两种类型的因素约束。其中之一与由组成元素(即通过化学键合机制)连接的固有特性有关。[14]另一个因素与由空缺等结构缺陷控制的外在特性有关,[15,16]位错,[17 - 19]晶界(GBS),[20-23]