Electric-field control of the magnetic anisotropy in an ultrathin (Ga,Mn)As/(Ga,Mn)(As,P) bilayer
本文报道了（Ga，Mn）As/（Ga，Mn）（As，P）双层铁磁膜中的磁各向异性的电控制。载流子分布以及因此有效各向异性的强度由场效应器件的栅极电压控制。反常的霍尔效应测量结果证实了上层（Ga，Mn）As层中载流子的耗尽导致了面内各向异性的降低。单轴各向异性场被发现减少了一个因素~ 4在探索的栅极电压范围内，使过渡到一个面外易轴配置几乎达到。
2012-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Electrical manipulation of orbital occupancy and magnetic anisotropy in manganites
压电效应、场效应晶体管和铁磁性的电场控制分别实现了晶格、电荷和自旋的电操纵，极大地促进了基础研究和工业生产。然而，人们普遍认为，物质的轨道一旦形成就不可能改变。本文利用电场对不同Mn ~（^4+）/（Mn ~（^3 + + Mn ~（^4+））比的（La，Sr）MnO_3薄膜的电子相变进行了动态调控。这些薄膜的轨道占有率和相应的磁各向异性由栅电压以可逆和定量的方式操纵。正栅极电压增加的轨道和磁各向异性，最初有利于应变（不考虑拉伸和压缩）的占有率的比例，而负栅极电压降低了随之而来的优先轨道占有率和磁各向异性。除了在轨道物理学中的基础意义外，我们的研究结果可能会推动基于轨道的实用氧化物电子学的进程。
2014-11-26 cond-mat.mtrl-sci
On the origin of the above-room-temperature magnetism in the 2D van der Waals ferromagnet Fe$_3$GaTe$_2$
本文通过第一性原理计算揭示二维范德瓦尔斯铁磁体Fe$_3$GaTe$_2$室温以上磁性的微观起源，强调面内铁磁交换作用的关键作用，并预测单层稳定性及应变和掺杂调控潜力。
2024-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin gating electrical current
我们使用一个铝单电子晶体管与磁门直接量化的GaMnAs材料的化学势各向异性。单轴和立方贡献的化学势各向异性确定从现场旋转实验。在执行磁场扫描，我们观察到额外的各向同性磁场依赖的化学势，这表明一个非单调的行为。所观察到的效果解释的计算的基础上的$\mathbf{k}\cdot\mathbf{p}$动力学交换模型的铁磁性GaMnAs。我们的器件反转了传统的方法来构建自旋晶体管：而不是由普通的门控制自旋输运，我们自旋门普通的电荷输运。
2012-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fast magneto-ionic switching of interface anisotropy using yttria-stabilized zirconia gate oxide
多年来，界面磁性的电压控制在自旋电子学研究中一直备受重视，因为它可能实现超低功耗技术。在少数建议的方法中，磁离子控制磁性已经证明了磁各向异性的大调制。此外，最近使用氢离子的磁离子器件的演示在室温下呈现相对快速的磁化翻转开关，tsw ~ 100 ms。然而，操作速度可能需要显著提高以用于现代电子设备。在这里，我们证明了质子诱导磁化翻转的速度在很大程度上取决于质子导电氧化物。我们使用氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）实现了~1 ms的可靠（> 103个周期）开关，这比迄今为止报道的室温下最先进的磁离子器件快~ 100倍。我们的研究结果表明，质子传导材料的进一步工程化可以带来实质性的改进，这可能使基于磁离子学的新的低功耗计算方案成为可能。
2020-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Homopolar Chemical Bonds Induce In-Plane Anisotropy in Layered Semiconductors
本研究通过元素分辨原子尺度显微镜与第一性原理计算，揭示m-GaTe中畸变旋转的Ga-Ga同极键诱导强面内各向异性的机制，并筛选出4种同类材料，证实该机制的普遍性。
2024-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Fabry-Perot Interference, g-factor Anisotropy, and Gate-Tunable Quantum dot in Chiral Tellurium Nanowires
University of Arkansas（阿肯色大学）；Agency for Science Technology and Research (A*STAR)（科学技术研究局）；University of Southampton（南安普顿大学）
通过水热生长碲纳米线实现准弹道输运、各向异性塞曼谱和栅极可调量子点，揭示自旋轨道能隙和巨g因子，为自旋量子比特和Majorana零模提供平台。
2026-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropy-driven quantum capacitance in multi-layered black phosphorus
报道了以掺钾多层黑磷（BP）为沟道材料的双栅器件的量子电容（C $_{q}$）测量及其光学调谐的分析结果。二维（2D）分层BP是高度各向异性的半狄拉克色散标记的线性和二次贡献。C $_{q}$计算反映了这种不对称排列。进一步增加的不对称性，因此C $_{q}$的预测通过光子敷料的BP分散。为了实现这一点并调整场效应晶体管（FET）中的C $_{q}$，我们提出了一种配置，其中一对静电（顶部）和光学（背部）栅极箝位BP沟道。背栅发射光脉冲以重新排列2D BP的色散。分析计算与Floquet哈密顿在非共振制度。这种C $_{q}$计算的值，此外，它在调整FET的电流驱动的作用进行了讨论的上下文中的金属-绝缘体和拓扑相变和增强的热电品质因数。
2017-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmionic qubits stabilized by Dzyaloshinskii-Moriya interaction as platforms for qubits and quantum gates
提出基于二维自旋晶格中DMI稳定的斯格明子态实现量子比特的框架，通过精确对角化求解模型，分析两种边界条件下的斯格明子相，实现量子逻辑门并揭示DMI的双重作用，为量子比特提供潜在平台。
2025-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Reversible control of Co magnetism by voltage induced oxidation
我们表明，超薄Co膜相邻的Gd 2 O3栅氧化物的磁性能可以直接操纵的电压。Co膜可以从具有强垂直磁各向异性的最佳氧化状态可逆地改变为具有面内磁各向异性的金属状态，或者改变为具有几乎为零磁化的氧化状态，这取决于所施加的电场的极性和持续时间。因此，使用仅几伏的栅极电压以非易失性方式实现了高达0.73erg/cm 2的磁各向异性能的前所未有的大变化。这些结果为实现自旋电子器件的超低能磁化操纵开辟了一条新的途径。
2014-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stabilizing perpendicular magnetic anisotropy with strong exchange bias in PtMn/Co by magneto-ionics
本文利用磁离子门控在Ta/Pt/PtMn/Co/HfO2堆叠中通过施加-2.5 V栅压将垂直界面各向异性提高2倍以上，实现从面内到面外的磁化重取向并获得超过50 mT的强垂直交换偏置，同时揭示PtMn厚度在交换偏置强度与响应速度之间的权衡。
2024-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Anisotropy, Spin Pinning and Exchange Constants of (Ga,Mn)As films
我们提出了一个详细的调查交换占主导地位的非传播自旋波模式在一系列的100 nm的Ga $_{1 - x}$ Mn $_{x}$作为膜与Mn浓度$x$范围从0.02到0.08。自旋波共振模式的角度和Mn浓度的依赖关系进行了研究，为生长和退火样品。我们的研究结果表明，Ga $_{1 - x}$ Mn $_{x}$ As的磁各向异性项依赖于Mn浓度$x$，但也强烈受样品生长条件的影响;此外，Ga $_{1 - x}$ Mn $_{x}$ As薄膜的磁各向异性被发现是明确地与居里温度。自旋波共振谱由一系列分辨良好的自旋波驻波模组成。所观察到的模式模式是一致的Portis体积不均匀性模型，在该模型中，一个空间上不均匀的各向异性场作用于Mn自旋。这些交换占主导地位的自旋波模式的分析，包括它们的角度依赖性，使我们能够建立Ga $_{1 - x}$ Mn $_{x}$ As薄膜的交换刚度常数。
2007-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable Intrinsic Anomalous Hall Effect in Epitaxial MnBi2Te4 Films
反常霍尔效应（AHE）是揭示磁性材料拓扑性质和自旋织构的重要输运特征。最近，反铁磁MnBi 2 Te 4已被证明是一种内在的磁性拓扑绝缘体，在剥离的纳米片中表现出量子AHE。然而，其复杂的AHE行为可能为磁性和能带结构之间尚未探索的相关性提供了机会。在这里，我们显示的Berry曲率占主导地位的本征AHE在晶圆级的MnBi 2 Te 4薄膜。利用高介电SrTiO_3作为背栅，我们揭示了~7七层MnBi_2 Te_4的双极导电和电子空穴载流子（n-p）跃迁。饱和AHE阻力与纵向阻力呈二次曲线关系，揭示了AHE的内在机理。而对于~ 37层MnBi_2 Te_4，在电门控作用下，AHE的符号由原来的负变为正。第一性原理计算表明，这种行为是由于极化的自旋少数主导的表面态和自旋多数主导的内带之间相互竞争的Berry曲率引起的.我们的研究结果揭示了MnBi_2 Te_4薄膜中门控可调本征AHE的物理机制，并为设计其AHE提供了一种可行的方法。
2021-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Control of the magnetic anisotropy in multi-repeat Pt/Co/Al heterostructures using magneto-ionic gating
本研究通过磁离子门控氧化中间Al层，可逆调控多层堆叠中顶层Co的磁各向异性，实现反常霍尔效应幅度的非易失性改变及磁畴周期加倍，证明单层各向异性控制可扩展至耦合多层系统。
2024-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Post-growth shaping and transport anisotropy in 2D InAs nanofins
本研究通过柠檬酸湿法刻蚀对二维InAs纳米鳍进行生长后成形，并利用范德堡结构测量发现由多型堆垛层错引起的室温迁移率各向异性约为2-4倍，为自组装III-V纳米器件提供了关键材料考量。
2023-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Exfoliation Induced Magnetic Coercivity in Fe$_3$GaTe$_2$
National High Magnetic Field Laboratory（国家强磁场实验室）；Florida State University（佛罗里达州立大学）；The University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Baylor University（贝勒大学）
本研究通过厚度调控在范德华铁磁体Fe$_3$GaTe$_2$中诱导出室温近1 T的巨矫顽力，揭示了磁化反转机制的厚度依赖转变，为开发不含稀土的高性能硬磁材料提供了新方向。
2026-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transport Anisotropy in One-dimensional Graphene Superlattice in the High Kronig-Penney Potential Limit
针对传统介电栅极无法实现石墨烯强KP势调制的问题，本研究利用纳米铁电畴栅极制备一维石墨烯超晶格，观测到输运各向异性与卫星狄拉克点的标度规律，为电子超准直和平带研究提供了新平台。
2023-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of Highly Anisotropic Semiconducting GaTe Nanomaterials and Emerging Properties Enabled by Epitaxy
准一维材料是一类原子在二维空间中以链状结构排列的新型材料。例子包括最近发现的黑磷、来自过渡金属二硫属化物的ReS 2和ReSe 2、来自过渡金属三硫属化物的TiS 3和ZrS 3以及最近发现的GaTe。结构各向异性的存在会影响它们的物理性质，并导致方向依赖的光-物质相互作用、二向色性光学响应、高迁移率通道和各向异性热传导。尽管有许多关于各向同性TMDC和后过渡金属硫族化物（如MoS 2和GaSe）的气相生长的报道，但由于界面能的各向异性，伪1D材料的合成特别困难，这稳定了树枝状生长而不是具有明确取向的单晶生长。在具有优良光电探测性能的柔性云母衬底上生长了单斜GaTe。在这项工作中，我们证明了伪一维单斜GaTe层可以通过物理气相传输技术在各种其他衬底上合成，包括GaAs（111），Si（111）和c切蓝宝石。高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）测量，以及角分辨微PL和显微拉曼技术，提供了第一次原子尺度的分辨率实验的伪一维结构的单斜GaTe和各向异性性能。有趣的是，生长在蓝宝石上的GaTe纳米材料表现出高效和窄的局部发射峰低于带隙能量，这被发现与选择类型的线和点缺陷，如PL和拉曼映射扫描证明。这使得在蓝宝石上生长的样品比在GaAs和Si上生长的样品更突出，这些样品表现出更规则的性质。
2017-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Effect of structure anisotropy on low temperature spin dynamics in quantum wells
在散射频率与导带自旋分裂引起的自旋进动频率相当的情况下，对非对称量子阱中二维电子气的自旋动力学进行了理论研究。自旋极化被证明是量子拍。如果自旋分裂是由体和结构不对称机制决定的，那么即使在没有散射的情况下，拍频也会在零温度下衰减。我们计算了由于电子分布函数的热加宽和电子散射引起的自旋拍频的衰减。沿结构生长轴施加的磁场被示出为增加拍频和朝向碰撞主导制度的移位系统。
2007-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Out- versus in-plane magnetic anisotropy of free Fe and Co nanocrystals: tight-binding and first-principles studies
本文报道了用紧束缚和密度泛函理论计算自由Fe（体心立方）和Co（面心立方）片晶和纳米晶的磁晶各向异性能（MAE）。纳米晶体是截顶的四棱锥，其可以通过在SrTiO $_3$（001）衬底上沉积金属而实验获得。对于这两种元素，我们的局部分析表明，纳米晶体的总MAE主要由（001）方面的贡献。然而，虽然Fe（001）的易磁化轴在面外，但Co（001）的易磁化轴在面内。这对纳米晶体的磁性反转机制有直接影响。事实上，Fe纳米晶体的非常高的单轴各向异性使它们成为磁存储器件的更好的潜在候选者。
2014-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Single-Molecule Magnet Mn$_{12}$ on GaAs-supported Graphene: Gate Field Effects From First Principles
研究了Mn $_{12}$ O $_{12}$（COOH）$_{16}$（H $_2$ O）$_4$的栅场效应|石墨烯|砷化镓异质结构的第一性原理计算。我们发现在中等掺杂水平下，电子可以被加入到单分子磁体Mn $_{12}$ O $_{12}$（COOH）$_{16}$（H $_2$ O）$_4$（Mn $_{12}$）中，但不能从其中取出. Mn $_{12}$的磁各向异性能（MAE）随着电子掺杂水平的增加而降低，这是由于电子从石墨烯转移到Mn $_{12}$以及Mn $_{12}$和石墨烯之间的能带对准的变化。在$-5.00 \times 10^{13}\, \textrm{cm}^{-2}$的电子掺杂水平下，与零掺杂相比，MAE降低约18%。由于GaAs的价带接近费米能级，石墨烯和GaAs之间的能带对准对电子掺杂比空穴掺杂更敏感。GaAs衬底在零栅极场和几乎无应变的配置下在支撑的石墨烯中诱导小的带隙。最后，我们提出了一个垂直隧道结探测通过电子输运测量MAE的栅极依赖性。
2022-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant anisotropy and Casimir phenomena: the case of carbon nanotube metasurfaces
该研究理论分析含平行单壁碳纳米管的介电薄膜超表面，揭示亚微米间距下Casimir相互作用受热涨落主导而力矩由量子效应主导，并归因于低维性与强各向异性。
2023-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Universal domain wall dynamics under electric field in Ta/CoFeB/MgO devices with perpendicular anisotropy
铁磁/氧化物电介质结构中的电场效应提供了一种以低功耗控制畴壁动力学的新途径。然而，电场对DW速度的影响到目前为止只观察到在蠕变制度，DW速度低，由于强相互作用与钉扎网站。在这里，我们展示了具有垂直磁各向异性的Ta/Co 40 Fe 40 B20/MgO/TiO 2结构中从蠕变到流动状态范围内的DW速度的栅极电压调制。我们证明了一个通用的描述的作用，施加的电场在各种钉扎依赖的制度，考虑到一个有效的磁场是线性的电场。此外，发现电场效应在Walker机制中改变符号。我们的工作为铁磁金属/绝缘体界面电场效应的研究和优化提供了新的机会。
2016-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Intrinsic charge transport on the surface of organic semiconductors
基于气隙晶体管压模的新技术能够实现红荧烯晶体表面电场诱导载流子在宽温度范围内的本征（不受静态无序支配）输运。本征运输的签名是各向异性的载流子迁移率，μ，和μ的增长与冷却。在较低的温度下，在激活制度中的各向异性消失，其中的电荷传输变得占主导地位的浅陷阱。通过X射线辐射故意引入晶体中的深陷阱增加了场效应阈值，而不影响迁移率。这些填充超过场效应阈值的陷阱不会散射移动的极化子载流子。
2004-03-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Continuous Electrical Manipulation of Magnetic Anisotropy and Spin Flopping in van der Waals Ferromagnetic Devices
控制铁磁材料的磁各向异性在磁开关器件和自旋电子学应用中起着关键作用。具有不同磁各向异性几何形状（面内或面外方向）的自旋-轨道扭矩器件的示例已经被证明具有用于扩展器件功能的新型磁化切换机制。通常，铁磁材料中的内禀磁各向异性在固定方向内是不变的，因此，难以实现多功能器件。因此，铁磁材料中的磁各向异性的连续调制是高度期望的，但仍然具有挑战性。在这里，我们证明了一个门可调的磁各向异性转变，从出平面倾斜，并最终在层状Fe $_5$ GeTe $_2$通过结合测量的角度依赖的异常霍尔效应和磁光克尔效应与定量Stoner-Wohlfarth分析。易磁化轴通过门控或温度调制在自旋翻转路径中连续旋转。这些观测结果为探索磁化翻转机制和实现新的自旋电子学功能提供了新的途径。
2022-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Ambipolar High Mobility Hexagonal Transistors on Hydrogen-Terminated Silicon (111) Surfaces
我们在化学制备的氢封端的Si（111）表面上制备了双极晶体管，其中通过改变通过真空间隙施加的全局栅极的栅极电压，二维电子系统（2DES）或二维空穴系统（2DHS）可以填充在同一导电沟道中。取决于栅极偏置，离子注入的n $^+$和p $^+$区域用作欧姆接触或平面内栅极，其横向限制由全局栅极引起的载流子。在一个器件上，分别获得高达$7.8\times10^{11}$ cm $^{-2}$和$7.6\times10^{11}$ cm $^{-2}$的电子和空穴密度。在300 mK下，峰值电子迁移率为$1.76\times10^5$ cm $^{2}$ /Vs，峰值空穴迁移率为$9.1\times10^3$ cm $^{2}$ /Vs;约20的比率主要是由于Si（111）表面上的电子和空穴的非常不同的谷简并（6：1）。在另一个器件上，在300 mK时达到$2.2\times10^5$ cm $^{2}$ /Vs的峰值电子迁移率。这些设备是六边形的，以调查潜在的对称性的2DES，它有一个六倍谷简并在零磁场。利用三重旋转对称性的磁阻测量方法确定了不同磁场下2DES的对称性。在填充因子$1 < ν< 2$下，观察到的各向异性可以用复合费米子（CF）的单个谷对占据来解释。定性的CF保存谷各向异性，除了双重谷简并。在磁场高达35 T时，观察到2/3分数量子霍尔态，霍尔平台发展良好;在$ν<2/3$…
2015-09-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Split Ga vacancies and the unusually strong anisotropy of positron annihilation spectra in $\boldsymbolβ$-Ga$_2$O$_3$
本文报道了对$β$ $_2$ O $_3$晶格和Ga单空位缺陷中正电子湮没参数的系统的第一性原理研究，并补充了正电子-电子湮没的多普勒展宽的取向相关实验。我们发现$β$ -Ga $_2$ O $_3$晶格和所考虑的缺陷在它们的多普勒展宽信号中都表现出异常强的各向异性。该各向异性与$β$ $_2$ O $_3$晶体结构的低对称性相关，这导致即使在晶格中的离域状态下也不寻常的正电子一维约束.特别是，最近通过扫描透射电子显微镜观察到的分裂Ga空位产生异常各向异性的正电子湮没信号。我们发现在实验中，$β$ O $_3$样品中的正电子湮没信号似乎常常由分裂的Ga空位支配。
2020-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of the magnetic anisotropy of nanometer-sized Co clusters: influence of the surface and of the inter-particle interactions
我们研究了球形Co团簇的磁性与直径在0.8 nm和5.4 nm之间（25至7500 $原子）通过连续溅射的Co和Al2O3制备。的颗粒尺寸分布已确定从平衡磁化率和磁化强度的数据，它是比较以前的结构表征。活化能的分布是独立地从一个缩放图的交流磁化率。结合这两个分布，我们准确地确定了有效的各向异性常数Keff。我们发现，Keff增强相对于散装值，它是由一个强大的各向异性诱导在表面的集群为主。相邻层的磁矩之间的相互作用被示出为增加用于磁矩的反转的有效激活能垒。最后，这种逆转被证明是进行经典的最低温度调查（1.8 K）。
2001-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Multiple magneto-ionic regimes in Ta/Co$_{20}$Fe$_{60}$B$_{20}$/HfO$_{2}$
在Ta/CoFeB/HfO 2叠层中，栅极电压以非易失性方式驱动系统从表现出面内各向异性（IPA）的欠氧化状态到导致垂直各向异性（PMA）的最佳氧化水平，并进一步进入具有IPA的过氧化状态。IPA $\,\to\,$ PMA制度被发现是显着快于PMA $\,\to\,$ IPA制度，而只有后者在相同的栅极电压下显示出完全可逆性。在IPA $\,\to\,$ PMA区中，有效阻尼参数也显示出与栅极电压的显著依赖性，从0.029到0.012，并且在PMA $\,\to\,$ IPA区中仅适度增加到0.014。两个磁离子制度的存在已被链接到添加到欠氧化或过氧化层的氧物种的锚定点的化学环境中的差异。我们的研究结果表明，多个磁离子区可以存在于一个单一的设备，它们的特性是非常重要的高性能自旋电子学器件的设计。
2021-05-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
