Voltage-driven motion of nitrogen ions: a new paradigm for magneto-ionics.
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DOI：
10.1038/s41467-020-19758-x
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发表时间：
2020-11-18
影响因子：
16.6
通讯作者：
Sort J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
de Rojas J;Quintana A;Lopeandía A;Salguero J;Muñiz B;Ibrahim F;Chshiev M;Nicolenco A;Liedke MO;Butterling M;Wagner A;Sireus V;Abad L;Jensen CJ;Liu K;Nogués J;Costa-Krämer JL;Menéndez E;Sort J
磁离子学，被理解为磁性材料中电压驱动的离子传输，很大程度上依赖于氧离子的可控迁移。在这里，我们通过CoN薄膜的电解质门控演示了室温电压驱动的氮输运（即氮磁离子）。将CoN中的氮磁离子与Co3O4中的氧磁离子进行了比较。这两种材料都是纳米晶（面心立方结构），并表现出可逆的电压驱动的ON-OFF铁磁性。与氧相反，氮的输运均匀发生，形成平面波样的迁移锋，没有扩散通道的帮助。值得注意的是，氮磁离子学需要较低的阈值电压，并表现出增强的速率和可循环性。这是由于离子扩散的活化能较低，氮的电负性比氧低。这些结果可能会为大脑启发计算或电子电子学等应用开辟新的途径。在磁离子学中，离子通过材料的迁移被用来改变材料的磁性。氧通常被用作可移动离子。在这篇论文中，作者展示了氮在CoN薄膜中的可控迁移，扩大了磁离子学的可能性。
Magneto-ionics, understood as voltage-driven ion transport in magnetic materials, has largely relied on controlled migration of oxygen ions. Here, we demonstrate room-temperature voltage-driven nitrogen transport (i.e., nitrogen magneto-ionics) by electrolyte-gating of a CoN film. Nitrogen magneto-ionics in CoN is compared to oxygen magneto-ionics in Co3O4. Both materials are nanocrystalline (face-centered cubic structure) and show reversible voltage-driven ON-OFF ferromagnetism. In contrast to oxygen, nitrogen transport occurs uniformly creating a plane-wave-like migration front, without assistance of diffusion channels. Remarkably, nitrogen magneto-ionics requires lower threshold voltages and exhibits enhanced rates and cyclability. This is due to the lower activation energy for ion diffusion and the lower electronegativity of nitrogen compared to oxygen. These results may open new avenues in applications such as brain-inspired computing or iontronics in general. In magneto-ionics, ion migration through the material is used to change the materials magnetic properties. Typically oxygen is used as the mobile ion. In this manuscript, the authors demonstrate controlled migration of nitrogen in a CoN film, expanding the possibilities of magneto-ionics.
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