【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強(qiáng)磁場中心與復(fù)旦大學(xué)等單位合作，依托穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實驗裝置(SHMFF)，在室溫二維vdW鐵磁體Fe3GaTe2自旋動力學(xué)研究中取得重要進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了頻率高達(dá)351.2 GHz的自旋波，并揭示了該亞太赫茲自旋頻率來源于強(qiáng)垂直磁各向異性。該成果發(fā)表于國際權(quán)威期刊Nano Letters。
近年來，自旋電子學(xué)作為后摩爾時代克服量子限制效應(yīng)帶來的性能瓶頸的重要技術(shù)之一，得到了廣泛關(guān)注。其中，二維(2D)范德瓦爾斯(van der Waals，vdW)磁性材料因其獨特的層狀結(jié)構(gòu)和卓越的磁學(xué)性能，在開發(fā)高效低功耗自旋電子器件中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。Fe3GaTe2是目前2D vdW鐵磁體中，具有最高居里溫度(TC ~ 350-380 K)、且具有顯著垂直磁各向異性的二維磁性材料，是新型自旋電子器件的理想候選材料之一。
聯(lián)合研究團(tuán)隊依托SHMFF超導(dǎo)磁體SM1超快磁光系統(tǒng)，采用雙色激光泵浦探測的超快時間分辨磁光克爾(TR-MOKE，圖1a)技術(shù)，系統(tǒng)研究了Fe3GaTe2薄層和Fe3GaTe2/Co異質(zhì)結(jié)的自旋動力學(xué)。研究表明，在10 K和70 kOe的外加磁場下，F(xiàn)e3GaTe2的自旋進(jìn)動頻率高達(dá)351.2 GHz(圖1c)，是目前已知2D鐵磁材料的最高值。而且，與同類2D鐵磁材料(Fe5GeTe2，0.007)和傳統(tǒng)強(qiáng)垂直各向異性鐵磁材料(FePt，0.2)相比，F(xiàn)e3GaTe2具有適中的本征阻尼因子(0.039)(圖1d)。通過溫度依賴關(guān)系等規(guī)律的獲取以及理論分析，團(tuán)隊揭示了該亞太赫茲自旋頻率來源于Fe3GaTe2的強(qiáng)垂直磁各向異性。隨后，為了探索層間耦合效應(yīng)，研究團(tuán)隊進(jìn)一步研究了Fe3GaTe2/Co異質(zhì)結(jié)的自旋動力學(xué)行為；發(fā)現(xiàn)盡管與三維磁性材料Co的層間耦合會降低自旋進(jìn)動頻率，但對整體系統(tǒng)的自旋動力學(xué)影響較小，這證實了二維Fe3GaTe2在異質(zhì)結(jié)中的主導(dǎo)地位。這一系列研究結(jié)果表明，作為二維室溫磁性材料，F(xiàn)e3GaTe2具有開發(fā)更快數(shù)據(jù)處理速度、更高信息存儲密度自旋電子器件的潛力。
復(fù)旦大學(xué)張嘉麗博士和強(qiáng)磁場中心汪洲博士為該工作的共同第一作者；復(fù)旦大學(xué)張宗芝教授與強(qiáng)磁場中心盛志高研究員為共同通訊作者。復(fù)旦大學(xué)張榮君教授、華東師范大學(xué)金慶原教授、同濟(jì)大學(xué)劉要穩(wěn)教授和時鐘教授等對該工作提供了大力支持。該項研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中央高校基本業(yè)務(wù)費等項目，以及強(qiáng)磁場安徽省實驗室的支持。
圖1、超快自旋動力學(xué)實驗示意圖和Fe3GaTe2超快自旋動力學(xué)行為。
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