研究人员将双电子学和自旋电子学结合起来 实现可调摩尔纹磁性

扭转物理学是量子物理学的一个新领域，它通过堆叠范德华材料来探索新的量子现象。普渡大学的研究人员将量子自旋引入反铁磁体的扭曲双层材料，从而产生了可调摩尔纹磁性，推动了这一领域的发展。这一突破提出了用于自旋电子学的新材料，并有望推动存储器和自旋逻辑器件的发展。

普渡大学量子研究人员扭转反铁磁体的双层膜，展示了可调摩尔纹磁性。扭转技术并不是一种新的舞蹈动作、健身器材或新的音乐时尚，它比这些都酷得多。它是量子物理学和材料科学领域一个令人兴奋的新发展，范德华材料被层层堆叠在一起，就像卷筒纸一样，在保持平整的同时可以轻松地扭曲和旋转，量子物理学家利用这些堆叠发现了有趣的量子现象。

量子物理学家利用这些叠层发现了有趣的量子现象。将量子自旋的概念与反铁磁体的扭曲双层叠层相结合，就有可能产生可调的摩尔纹磁性。这为双电子学的下一步–自旋电子学提供了一类新的材料平台。这门新科学可能会带来前景广阔的存储器和自旋逻辑器件，为物理学界开辟一条全新的自旋电子应用之路。

通过扭转范德瓦耳斯磁体，可以产生非共线磁态，并具有显著的电可调性。资料来源：第二湾工作室，Ryan Allen

普渡大学的一个量子物理和材料研究团队利用层间反铁磁耦合范德华（vdW）材料 CrI3 作为媒介，引入了控制自旋自由度的扭转技术。他们在《自然-电子学》（Nature Electronics）上发表了题为”三碘化铬扭曲双双层中的电可调摩尔纹磁性”的研究成果。

“在这项研究中，我们制造了扭曲的双双层三氧化铬，即双层和双层之间有一个扭曲角，”该论文的共同第一作者 Guanghui Cheng 博士说。”我们报告了具有丰富磁相的摩尔纹磁性，并通过电学方法实现了显著的可调性。”

扭曲双双层（tDB）CrI3 的摩尔超晶格结构及其通过磁光-克尔效应（MOKE）探测到的磁性行为。上图 a 部分显示了通过层间扭转制造的摩尔超晶格示意图。下图：非共线磁态可能出现。上图 b 部分显示的 MOKE 结果表明，与天然反铁磁双层 CrI3 中的反铁磁阶次相比，”摩尔磁”tDB CrI3 中同时存在反铁磁（AFM）和铁磁（FM）阶次。图片来源：插图：Guanghui Cheng 和 Yong P. Chen

“我们把一个反铁磁体堆叠并扭曲到自己身上，然后就得到了一个铁磁体，”Cheng说。”这也是最近在扭曲的二维材料中出现的’扭曲’或摩尔磁性领域的一个突出例子，两层材料之间的扭曲角度提供了一个强大的调谐旋钮，极大地改变了材料的特性。”

“为了制造扭曲的双层CrI3，我们使用所谓的撕叠技术，撕开双层CrI3的一部分，旋转并堆叠到另一部分上，”Cheng解释说。”通过磁光克尔效应（MOKE）测量，我们观察到铁磁和反铁磁阶次共存，这是摩尔纹磁性的标志，并进一步证明了电压辅助磁性开关。这种摩尔纹磁性是一种新的磁性形式，具有空间变化的铁磁性和反铁磁性相，根据摩尔纹超晶格周期性地交替变化。”

迄今为止，扭曲电子学主要侧重于调制电子特性，例如扭曲双层石墨烯。普渡大学团队希望将扭曲引入自旋自由度，并选择使用层间反铁磁耦合 vdW 材料 CrI3。通过制造具有不同扭曲角度的样品，堆叠反铁磁体扭转成自身的结果成为可能。换句话说，一旦制作完成，每个器件的扭转角度就会固定下来，然后再进行 MOKE 测量。

Upadhyaya 及其团队对该实验进行了理论计算。这为Cheng博士团队的观测结果提供了有力的支持。他说：”我们的理论计算揭示了丰富的相图，包括TA-1DW、TA-2DW、TS-2DW、TS-4DW等非共轭相。”

这项研究与Cheng团队正在进行的一项研究不谋而合。在这项工作之前，该团队最近发表了几篇与”二维磁体”的新物理和特性有关的论文，如最近发表在《自然-通讯》上的《二维反铁磁体异质结构中电场可调的界面铁磁性的出现》（Emergence of electric-field-tunable interfacial ferromagnetism in 2D antiferromagnet heterostructures）。这一研究方向在双电子学和自旋电子学领域具有令人兴奋的可能性。

Cheng说：”所发现的莫里哀磁体为自旋电子学和磁电子学提供了一类新的材料平台。观察到的电压辅助磁开关和磁电效应可能会带来前景广阔的存储器和自旋逻辑器件。作为一种新的自由度，扭转可适用于vdW磁体的各种同/异层，为追求新的物理学以及自旋电子学应用开辟了机会”。