范德瓦尔斯异质结构中的交换偏差

NUS 科学家在范德华 CrCl 3 /Fe 3 GeTe 2异质结构中发现了交换偏置现象。交换偏置现象在磁传感器和磁读头中具有许多应用，此前在范德瓦尔斯异质结构中尚未报道过这种现象。

交换偏置效应表现为磁滞回线相对于外加场向负或正方向移动。该机制通常归因于相邻反铁磁体 (AF) 对铁磁体 (FM) 的单向钉扎。因此，与没有这种单向钉扎的单个铁磁体(自由层)相比，适当设计的交换偏置 AF/FM 系统(钉扎层)具有优选的磁化方向和相对较高的开关场。因此，由一个固定层和一个自由层组成的器件，带有一个隔离层，可以用作磁场方向和强度的传感器。该器件将具有由自由层中的磁化强度定义的两个不同的存储状态(“1”和“0”)，与固定层平行或反平行。这样的设备，

交换偏置效应已在广泛的 AF/FM 界面中复制，例如，广泛用于商业读取头的 IrMn/NiFe 金属双层。如果这些 AF/FM 双层系统由具有交换偏置效应的磁性范德华异质结构制成，则设备可能会接近原子级薄的尺寸并更加灵活。

由新加坡国立大学物理系和高级二维材料中心 Andrew Wee 教授领导的团队发现机械剥离的 CrCl 3 /Fe 3 GeTe 2存在交换偏置效应，这是一种范德华异质结构。研究人员通过将 CrCl 3和 Fe 3 GeTe 2薄片转移到 SiO 2上来制造测试装置/Si衬底。测试设备的偏置场测量值超过 50 mT(在 2.5 K 的温度下)。这与传统交换偏置 AF/FM 金属多层中的报告值相当。此外，偏置场是高度可调的，可以通过改变场冷却过程和异质结构的厚度来调整。研究小组还提出了一个理论模型，解释了CrCl 3中的自旋构型在异质结构中的交换偏置效应中起着至关重要的作用。

“我们的观察非常重要，因为它验证了二维范德瓦尔斯界面中交换偏差效应的存在，这解决了二维研究界的一个关键问题，”Wee 教授说。

这项工作是与西北工业大学张文教授(曾任黄教授课题组研究员)和东南大学翟雅教授合作完成的。

接下来，该团队的目标是将这种异质结构整合到功能性柔性设备中，从而大大减少厚度并提高工作温度。

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