La recherche met en lumière les applications futures de Spintronics et Valleytronics

Les altermagnets, qui présentent un fractionnement de spin dépendant de l’élan sans couplage spin-orbite (SOC) ou magnétisation net, ont récemment attiré une attention internationale importante.

Une équipe dirigée par le professeur Liu Junwei du Département de physique de l’Université des sciences et de la technologie de Hong Kong (HKUST), ainsi que leurs collaborateurs expérimentaux, ont publié leurs dernières résultats de recherche dans Physique de la naturequi a dévoilé la première observation expérimentale d’un altermagnet à température ambiante en couches bidimensionnelle, validant les prédictions théoriques dans Communications de la nature Fabriqué par le professeur Liu en 2021.

La réalisation et le contrôle des états électroniques polarisés en spin dans les solides sont cruciaux pour la spintronique pour les informations de codage et de traitement. La polarisation du spin est généralement générée en couplant le rotation d’un électron à d’autres degrés de liberté, tels que les moments orbitaux ou magnétiques.

Cela peut impliquer le SOC, conduisant à une division de spin dépendante de l’élan dans des cristaux non symétriques sans inversion (l’effet Rashba – Dresselhaus) ou une rupture de symétrie inverse dans le temps dans les ferromagnets, résultant en une fente de spin indépendante de la momentum.

Dans leurs études de recherche, le professeur Liu et d’autres chercheurs ont proposé un nouveau mécanisme de division de spin dans les antiferromagnets, où les sous-lieux liés à la symétrie cristalline permettent au couplage d’échange de produire un fractionnement de spin significatif avec un verrouillage Spin-Valley à paire C.

Cet effet est indépendant de la magnétisation SOC ou net, combinant la stabilité des dispositifs antiferromagnétiques avec une longue durée de vie. Ces antiferromagnets non conventionnels sont appelés «altermagnets» et leur découverte a été reconnue comme l’une des Scienceest les 10 meilleures percées de 2024.

Malgré des efforts théoriques et expérimentaux étendus pour explorer les antiferromagnets non conventionnels basés sur des matériaux émergents comme α-MNTE, CRSB, MNTE₂et Ruo₂Aucun ne répond aux exigences de symétrie et de conductivité pour les courants de spin conservés non relativistes en raison de l’altermagnétisme. Les sous-lieux magnétiques de α-MNTE et CRSB possèdent une symétrie C₃, conduisant à une conductance isotrope et à des courants non polarisés.

À Mnte₂le spin n’est pas conservé en raison de sa structure magnétique non copplanaire, et sa basse température critique (87 K) limite les applications pratiques. Pour Ruo₂il reste controversé que son état fondamental soit antiferromagnétique ou non magnétique, malgré les preuves de l’effet anormal de la salle et de la division de spin. De plus, ces matériaux ne sont pas en couches, restreignant leur potentiel d’exfoliation et d’intégration avec d’autres matériaux pour contrôler les propriétés au niveau microscopique.

Cette limitation entrave l’exploration des effets dans les matériaux 2D, tels que les supraconducteurs topologiques via l’effet de proximité supraconducteur, les propriétés électroniques réglables par la déclenchement et les super-lattices Moiré.

Par conséquent, l’exploration des matériaux en couches dans les altermagnets est essentiel pour développer des dispositifs spintroniques à haute densité, à grande vitesse et à faible consommation d’énergie. L’observation par le professeur Liu d’un altermagnet à température ambiante en couches en couches bidimensionnelle, jette une nouvelle lumière sur cette zone.

Basé sur les prédictions théoriques de l’équipe du professeur Liu pour V₂Te₂O et V₂SE₂O En 2021, ce travail démontre la réalisation du verrouillage de spin-vallley (SVL) en C dans un composé antiferromagnet (AFM) en couches RB RB_1-δV₂Te₂O Utilisation de la spectroscopie de photoémission résolue et à l’angle (arpes de spin), à la microscopie / spectroscopie à tunneling à balayage (STM / STS) et aux calculs des premiers principes.

Les principaux résultats comprennent l’observation directe de la SVL paire en C à travers des mesures de spin-arpe, qui révèlent des signes de polarisation de spin opposés entre les vallées X et Y adjacentes connectées par symétrie cristalline C.

Les mesures d’ARPES dépendantes de la température montrent la stabilité de la SVL jusqu’à la température ambiante, conforme à la température de transition de phase AFM. De plus, les mesures ARPES confirment un fort caractère bidimensionnel avec une dispersion négligeable dans la direction KZ, tandis que les modèles d’interférence quasi-particules à partir de cartes STM révèlent la diffusion inter-vallée supprimée en raison des règles de sélection du spin.

Les travaux du professeur Liu démontrent le premier métal AFM à température ambiante en couches avec des sous-lieux magnétiques alternés et un nouveau type d’effet à spin-spin, offrant une plate-forme idéale pour d’autres études et applications dans la spintronique et la vallée.

Surtout, tous les résultats expérimentaux s’alignent bien avec les calculs des premiers principes, renforçant la confiance dans le travail théorique et suggérant un accès potentiel aux courants conservés au spin et au piézomagnétisme non conventionnel.

Un verrouillage de spin-vallley similaire a également été observé dans le V intercalé en K₂SE₂O, validant davantage les prédictions théoriques du professeur Liu en 2021.