2Dimensional van der Waals Spin-Orbit Torque Technology

二维范德华自旋轨道扭矩技术

基本信息

项目摘要

Engineering two-dimensional (2D) material van der Waals heterostructures by combining the best of different functional constituents can offer a plethora of opportunities in nanoelectronics. Here, we propose to develop all-2D spintronics platforms for the next generation of information technology based on 2D magnetic and topological spin-orbit materials. These hybrid systems can provide a strong synergy between spintronics and 2D materials, with the goal of combining “the best of both worlds”. Such integration of spin-orbit physics and magnetism in 2D heterostructures will enable groundbreaking functionalities in all-2D spin-orbit torque (SOT) technologies for low-power and non-volatile memory and logic devices.We will exploit low crystal symmetry of layered spin-orbit materials (SOM), hosting novel spin textures for the realization of efficient charge-to-spin conversion (CSC) with a significant out-of-plane spin-orbit field contribution for SOT technologies. We will start with basic investigation of CSC by using potentiometric methods in non-local spin valve geometry with graphene heterostructures. These studies will provide information about the main driving mechanisms of the CSC phenomena, such as the spin Hall, Rashba-Edelstein, or other spin-momentum locking effects to generate a giant and tunable spin polarization. Magnetic 2D crystals, on the other hand, exhibit a wide range of magnetic ordering and, extraordinarily, have the potential to be controlled by purely electronic means. Here, we will investigate 2D magnets for SOT technologies exploiting their low-dimensionality, perpendicular magnetic anisotropy, and the possibility of electric field control. We will examine the dynamics of magnetic excitations, their anisotropies, and controllability by gates, the critical parameters influencing the magnetic switching speed.This project will integrate 2D magnets and SOMs with engineered interfaces to establish exceptionally efficient SOT switching functionalities in all-2D materials platforms. We aim to study the fundamentals of magnetization dynamics and SOT switching behavior of hybrid structures using electronic, magnetotransport, time and spatially resolved magneto-optics, ferromagnetic resonance and 2nd harmonic measurements. The potential of the novel functionalities in these heterostructures will arise from the interplay of exotic spin textures, magnetic phases, proximity-induced exchange and spin-orbit effects at the interfaces of the 2D materials.
通过结合不同功能成分的优点来设计二维(2D)材料的范德华异质结构,可以为纳米电子学提供大量的机会。在这里,我们提出开发基于二维磁性和拓扑自旋轨道材料的下一代信息技术的全二维自旋电子学平台。这些混合系统可以在自旋电子学和二维材料之间提供强大的协同作用,其目标是结合“两全其美”。这种自旋轨道物理和磁性在二维异质结构中的集成,将为低功耗、非易失性存储器和逻辑器件的全二维自旋轨道扭矩(SOT)技术提供突破性的功能。我们将利用层状自旋轨道材料(SOM)的低晶体对称性,为实现有效的电荷自旋转换(CSC)提供新的自旋纹理,并为SOT技术提供显着的面外自旋轨道场贡献。我们将从基于石墨烯异质结构的非局部自旋阀几何的电位测量方法开始对CSC进行基础研究。这些研究将提供CSC现象的主要驱动机制的信息,如自旋霍尔、Rashba-Edelstein或其他自旋动量锁定效应,以产生巨大的可调谐自旋极化。另一方面,磁性二维晶体表现出广泛的磁性有序,并且具有通过纯电子手段控制的潜力。在这里,我们将研究用于SOT技术的二维磁体,利用它们的低维性、垂直磁各向异性和电场控制的可能性。我们将研究磁激励的动力学、各向异性和门的可控性,以及影响磁开关速度的关键参数。该项目将集成2D磁铁和som与工程接口,以在全2D材料平台上建立异常高效的SOT开关功能。我们的目标是利用电子、磁输运、时间和空间分辨磁光学、铁磁共振和二次谐波测量来研究混合结构的磁化动力学和SOT开关行为的基本原理。这些异质结构中新功能的潜力将来自于奇异自旋织构、磁相、邻近诱导交换和自旋轨道效应在二维材料界面上的相互作用。

项目成果

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