隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展,鐵磁材料薄膜被廣泛應(yīng)用于存儲器中。其中通過對電子自旋屬性的調(diào)控將邏輯運算和高密度信息存儲相結(jié)合,是電子信息領(lǐng)域的重大關(guān)鍵技術(shù)。然而,傳統(tǒng)的電流驅(qū)動自旋翻轉(zhuǎn)不可避免地存在高溫發(fā)熱問題,限制了器件制備的微型化與性能的穩(wěn)定性。時至今日,盡管電壓調(diào)控磁各向異性技術(shù)(VCMA)得到了快速發(fā)展,但仍存在一些問題,比如高工作電壓、壓電材料難以集成化以及存在界面化學(xué)腐蝕等。由此可見,尋找新的自旋調(diào)控方式,設(shè)計新的低功耗自旋存儲單元是自旋電子學(xué)器件的重要研究熱點。
最近,西安交通大學(xué)周子堯教授、西安交通大學(xué)王蕾副教授和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李倩研究員等團(tuán)隊開發(fā)了光伏/鐵磁異質(zhì)結(jié)材料,引入中間緩沖層,實現(xiàn)了自然光對自旋翻轉(zhuǎn)的非易失性調(diào)控。當(dāng)Ta為中間層時,飽和磁化強(qiáng)度(Ms)降低了8.3%并且展現(xiàn)出非易失性。研究團(tuán)隊利用合肥光源X射線磁性圓二色實驗線站(BL12B-a)的X射線磁圓二色技術(shù)明確了CoFeB在光照前、光照中和光照后磁性的非易失性變化。這是由于Ta原子5d電子軌道具有更高的能級,會導(dǎo)致部分光電子停留在鐵磁層中,從而實現(xiàn)器件的三重自旋態(tài)變化。這一設(shè)計為下一代具有快速響應(yīng)和低能耗的自旋電子器件拓寬了視野與思路,對新型光伏自旋電子器件應(yīng)用提供重要思路與指導(dǎo)意義。該研究方向提供了一種利用自然光實現(xiàn)磁性非易失性調(diào)控的替代方法,為實現(xiàn)低功耗自旋電子信息存儲器件的研發(fā)鋪平了道路。相關(guān)研究成果以“Sunlight-induced tri-state spin memory in photovoltaic/ferromagnetic heterostructure”為題發(fā)表在國際期刊《Nano Today》上。

圖. (a,b)p-n Si/Ta/CoFeB/Cu結(jié)構(gòu)中磁性調(diào)控機(jī)制示意圖和循環(huán)調(diào)控;(c-g)樣品的X射線磁圓二色測量結(jié)構(gòu)示意圖和光照前、中、后的X射線磁圓二色譜
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