这项工作表明,显着修改的自旋动力学的磁性绝缘体(MI)的自旋动量锁定狄拉克表面状态的相邻的拓扑绝缘体(TI),可以利用自旋电子学应用。当Bi浓度x在5 nm厚的(BixSb 1-x)2 Te 3 TI膜中被系统地调谐时,当化学势接近狄拉克点时,表面相对于体态的权重在x = 0.32处达到峰值。在该浓度下,MI/TI异质结构中10 nm厚的Y3 Fe 5 O 12 MI膜旋进磁化强度的吉尔伯特阻尼常数提高了一个数量级,是所有浓度中最大的。此外,MI获得额外的强磁各向异性,有利于面内取向与类似的Bi浓度依赖性。狄拉克表面态的这些非凡效应使TI在调制相邻磁性层的自旋动力学方面区别于其他材料,例如重金属。
英文摘要:
This work demonstrates dramatically modified spin dynamics of magnetic insulator (MI) by the spin-momentum locked Dirac surface states of the adjacent topological insulator (TI) which can be harnessed for spintronic applications. As the Bi-concentration x is systematically tuned in 5 nm thick (BixSb1-x)2Te3 TI film, the weight of the surface relative to bulk states peaks at x = 0.32 when the chemical potential approaches the Dirac point. At this concentration, the Gilbert damping constant of the precessing magnetization in 10 nm thick Y3Fe5O12 MI film in the MI/TI heterostructures is enhanced by an order of magnitude, the largest among all concentrations. In addition, the MI acquires additional strong magnetic anisotropy that favors the in-plane orientation with similar Bi-concentration dependence. These extraordinary effects of the Dirac surface states distinguish TI from other materials such as heavy metals in modulating spin dynamics of the neighboring magnetic layer.
Ferrimagnetic Skyrmions in a Tetragonal Mn1.9Co0.1Sb Single Crystal at Room Temperature
Anhui University(安徽大学);Wuhan University of Technology(武汉理工大学);High Magnetic Field Laboratory, HFIPS, Chinese Academy of Sciences(中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心)
Current-driven dynamics and inhibition of the skyrmion Hall effect of ferrimagnetic skyrmions in GdFeCo films
磁skyrmions旋转的磁性纹理与新的特点,适合未来的自旋电子学和拓扑学的应用。最近的研究证实了Skyrmion在铁磁体中的室温稳定性。然而,这样的铁磁skyrmion显示出不期望的拓扑效应,skyrmion霍尔效应,这导致它们朝向器件边缘的电流驱动运动,其中skyrmion可以容易地被拓扑缺陷湮灭。最近的理论研究已经预测了反铁磁交换耦合skyrmions增强的电流驱动行为。在这里,我们提出了这些skyrmions和它们的电流驱动的动力学在亚铁磁GdFeCo薄膜的稳定。通过利用特定元素的X射线成像,我们发现,在Gd和FeCo子层的skyrmion是反铁磁交换耦合。我们进一步证实了亚铁磁Skyrmion可以以约50 m s-1的速度运动,约化Skyrmion Hall角θSkHE约为20°。我们的研究结果打开了亚铁磁和反铁磁skyrmionics的大门,同时提供了关键的实验证据,最近的理论研究。
Prediction of new multiferroic and magnetoelectric material Fe3Se4
目前,具有磁电耦合的多铁性材料在新型存储器件领域有着广泛的应用。在室温下制备具有强耦合铁电和亚铁磁有序结构的多铁性材料具有挑战性。硒化铁(Fe_3Se_4)单晶在室温下表现出铁电有序和磁有序共存的II型多铁性。我们研究了铁电金属Fe_3Se_4的晶格不稳定性、电子结构、铁电、亚铁磁有序和输运性质。态密度显示出在费米能级附近Fe-3d和Se-4p态的相当大的杂化,证实了其金属行为。Fe阳离子的磁矩遵循II型亚铁磁和铁电有序,计算出的总磁矩为4.25每晶胞(Fe 6 Se 8)。Fe-Se的强共价键性质导致其铁电性质。此外,对称性分析表明,3d-t2 g轨道有序的Fe亚晶格的倾斜是由于Jahn-Teller(JT)畸变引起的。这项研究为利用多铁性材料发展自旋电子学相关技术提供了进一步的见解。
Large anomalous Nernst effect in non-crystalline Gd-Fe ferrimagnetic alloy films for flexible thermoelectric applications
反常能斯特效应(ANE)是一种基于磁性金属的热电荷转换机制,在薄热电器件中的应用已得到广泛研究。低磁化强度和室温下的制备对于塑料衬底上的柔性ANE热电器件是重要的。因此,我们在这项研究中,通过系统地改变Gd组分x,研究了具有低磁化强度的亚铁磁GdxFe 100-x薄膜中的ANE。虽然具有接近磁补偿组分的Gd组分的Gd 33 Fe 67膜表现出非常低的磁化强度,但获得了2.13 uV/K的ANE系数|S_ANE|,这接近于迄今为止报道的最高值。最后,我们证明了ANE在柔性片材上沉积的Gd 33 Fe 67膜中。在保持样品柔性的同时获得了足够的ANE电压,表明该材料在利用Gd-Fe膜的ANE的热电器件中的潜在应用。
Current-induced in-plane magnetization switching in biaxial ferrimagnetic insulator
铁磁绝缘体(FiMI)广泛应用于微波、磁光器件以及自旋热电子学中,其磁化方向对器件性能起着重要作用。通常通过施加外部磁场来切换磁化。在这里,我们研究了电流诱导的自旋轨道转矩(SOT)开关的磁化在Y3 Fe 5 O 12(YIG)/Pt双层膜与面内磁各向异性,其中开关检测自旋霍尔磁阻。在室温下,当阈值电流密度为10^7 A·cm^-2时,可以发现可逆开关。反平行和不等磁矩的YIG亚晶格与电流脉冲方向平行或反平行排列,这与反铁磁系统中的Neel序反转相一致。有人提出,这样的开关行为可能是触发的反阻尼力矩作用在两个反平行的子晶格的FiMI。这一发现不仅拓宽了电学磁化翻转的研究领域,促进了人们对磁化翻转的理解,而且为实现低功耗的全电调制微波器件和自旋热电子学奠定了基础。
FeRhCrSi: A new spin semimetal with room temperature spin-valve behavior
自旋半金属是最近发现的一类新的自旋电子材料,其在一个自旋通道中表现出带隙,而在另一个自旋通道中表现出半金属特征,从而允许可调谐的自旋输运。在这里,我们提出的自旋半金属行为的实验验证FeRhCrSi,四元Heusler合金的饱和力矩2 $μ_B$和居里温度$>$ 400 K。它以L2 $_1$结构结晶,在Fe和Rh之间具有50 $\%$反位无序。在300 K以下,它表现出弱的温度依赖性的电阻率与负温度系数,表明正常的半金属或自旋半金属行为。反常的磁电阻数据揭示了占主导地位的贡献,从不对称的部分,一个明确的签名的自旋阀的性质,这是保留,即使在室温下。\textcolor{black}{The asymmetric part of magneto-resistance shows an unusual increase with increasing temperature.}霍尔测量证实了起源于本征Berry曲率的电导率的异常性质,空穴是大多数载流子。从头算模拟证实了一个独特的长程亚铁磁有序的基态,解释了背后的意外低饱和时刻的起源。亚铁磁无序结构证实了实验观察到的FeRhCrSi的自旋半金属特征。
Non-equilibrium spin dynamics in the temperature and magnetic field dependence of magnetization curves of ferrimagnetic Co$_{1.75}$Fe$_{1.25}$O$_4$ and its composite with BaTiO$_3$
对铁磁Co $_{1.75}$ Fe $_{1.25}$ O $_4$(CFO)及其与无磁BaTiO $_3$(BTO)复合材料的非平衡磁现象(磁阻塞、记忆、交换偏置和老化效应)进行了比较研究。同步辐射X射线衍射图谱证实了复合材料中CFO和BTO结构的共存,但磁自旋动力学已被显着修改。通过不同的磁场测量模式(零场冷却和场冷却),结合磁场ON和OFF模式以及随时间变化的磁化强度,研究了室温以下亚铁磁畴的阻塞现象。非常规协议的应用在时间相关的磁化测量在不同阶段的温度和磁场的磁化曲线的依赖性已被有用的揭示非平衡动力学的磁自旋序。离场弛豫实验的应用使得调节系统的磁状态和磁性成为可能。通过对Co $_{1.75}$、Fe $_{1.25}$ O $_4$尖晶石氧化物及其与BaTiO $_3$颗粒复合物的实验结果的比较,了解了磁性颗粒与非磁性颗粒之间的界面耦合对不同磁性现象(亚稳磁态、交换偏置和记忆效应)的作用。
Strain-Induced Relaxor Multiferroicity at Room Temperature in Hexaferrite BaFe12O19 Thin Films
Cornell University(康奈尔大学);The Pennsylvania State University(宾夕法尼亚州立大学);Leibniz-Institut für Kristallzüchtung(莱布尼兹晶体生长研究所);Oak Ridge National Laboratory(橡树岭国家实验室);University of Tennessee(田纳西大学);University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);University of North Texas(北德克萨斯大学);University of Southern California(南加州大学);Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science(康奈尔纳米科学卡弗里研究所)
研究了NiMn_2O_4(NMO)-Fe_3O_4等结构尖晶石-尖晶石界面的磁性。虽然磁转变温度的NMO膜被保存,无论是散装和界面敏感的测量表明,界面具有很强的界面磁耦合到室温。NMO薄膜的铁磁转变温度为60 K,而NiFe_2 O_4和MnFe_2 O_4在室温下都是铁磁的。我们的实验结果表明,这些磁性能产生于一个薄的互扩散区(Fe,Mn,Ni)3 O 4在界面导致Mn和Ni的磁性能类似于MnFe 2 O 4和NiFe 2 O 4。
Laser induced ultrafast Co 3d and Ho 4f spin dynamics in CoHo ferrimagnetic alloys
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie(柏林亥姆霍兹材料与能源中心);Institut Jean Lamour, Université de Lorraine(洛林大学让·拉缪尔研究所);Université de Strasbourg, CNRS, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg(斯特拉斯堡大学、法国国家科学研究中心、斯特拉斯堡物理与化学材料研究所)
Adjustable 3D magnetic configuration in ferrimagnetic multilayers with competing interactions visualized by soft X-ray vector tomography
软X射线磁矢量层析成像已被用于可视化与前所未有的细节,仅从实验数据的三维磁配置的亚铁磁性的Gd 12 Co 88/Nd 17 Co 83/Gd 24 Co 76多层竞争各向异性,交换和静磁相互作用在不同的深度。的三层显示磁条域,安排在一个人字形图案,这是从中央的Nd 17 Co 83到底部的Gd 12 Co 88层压印与扭曲的封闭域结构的厚度。在顶部Gd 24 Co 76层附近,观察到具有面外磁化反转的局部交换弹簧、调制波纹图案以及跨厚度的磁涡旋和反涡旋。磁层析成像的详细分析表明,在NdCo/GdCo界面的交换弹簧的有效强度可以微调GdxCo 1-x的组成和各向异性(由样品制造确定)和在平面内的条纹取向(可调),展示了磁工程研究中的三维磁可视化技术的能力。
Lithium and Vanadium Intercalation into Bilayer V2Se2O: Ferrimagnetic-Ferroelastic Multiferroics and Anomalous and Spin Transport
Huazhong University of Science and Technology(华中科技大学);Shandong Normal University(山东师范大学);Chongqing University of Posts and Telecommunications(重庆邮电大学);University of Wollongong(伍伦贡大学);Florida State University(佛罗里达州立大学);National High Magnetic Field Laboratory(国家强磁场实验室)
Magneto-dielectric and Magneto-resistive in the Mixed Spinel MgFe2O4
采用球磨辅助烧结法合成了混合尖晶石MgFe_2 O_4。X射线衍射分析证实了MgFe_2 O_4晶体的形成,计算得到的晶格参数为a = b = c = 8.369(3)Ω.振动样品磁强计测量在室温下显示出软亚铁磁性的性质。磁-介电和磁阻图证实了在室温下制备的MgFe 2 O 4中的耦合。MD图中500 Oe处的峰是由于分布在八面体和四面体位置的Fe 3+离子的倾斜。
Magnetic properties of epitaxial Fe$_3$O$_4$ films with various crystal orientations and TMR effect in room temperature
Fe $_3$ O $_4$是在室温(RT)下表现出导电性的亚铁磁性尖晶石铁氧体。虽然根据从头计算已经预测该材料是半金属,但是具有Fe $_3$ O $_4$电极的磁性隧道结(MTJ)已经证明了小的隧道磁阻效应。甚至连TMR比率的符号都没有在实验中确定。在这里,我们报告的磁性外延Fe $_3$ O $_4$薄膜与各种晶体取向。薄膜的磁滞曲线显示出明显的晶体取向依赖性。特别地,Fe $_3$ O $_4$(110)膜表现出面内单轴磁各向异性。对于磁滞回线的矩形度,Fe $_3$ O $_4$(111)表现出最大的矩形度。此外,我们还制备了Fe $_3$ O $_4$(110)电极的MTJ,在室温下获得了-12\%的TMR效应。负的TMR比对应于能带计算预测的Fe $_3$ O $_4$的负自旋极化。
Current-driven domain wall dynamics in ferrimagnetic Ni-doped Mn4N films : very large domain wall velocities and reversal of motion direction across the magnetic compensation point