调制超薄铁磁体的磁各向异性的策略

对新型二维铁磁半导体的磁性进行电学控制可以实现新型自旋电子器件的开发，这些电子器件利用电子的固有磁性来传输，存储和处理信息。

为了在技术上可行，这些设备应在室温或接近室温的条件下运行。但是，大多数现有的层状铁磁半导体的居里温度都低于100K。此外，在这些材料系统中，磁序和电荷之间的相互作用还没有得到很好的探索。

新加坡国立大学，伦敦大学学院(UCL)和北京科技大学的研究人员最近提出了一种新的方法，用于调节碲化铬锗Cr2Ge2Te6(一种层状铁磁半导体)的磁各向异性。他们的论文中发表的研究结果发表在《自然电子》上，可能对多种混合电子设备的开发产生重要影响。

领导进行实验的团队的Goki Eda副教授对TechXplore表示：“电控制磁性半导体中的磁性的想法已经存在了数十年，这是开发节能型信息处理和存储设备的关键，” 。“然而，大多数材料中电场对磁性的影响太弱，无法用于实际应用。”

近来，研究表明，即使将其薄化至纳米厚度，某些层状半导体仍具有出色的磁性。由于薄材料的超薄体，它们的物理特性极易受到栅极静电的影响。因此，通过栅极静电对其磁性进行电气控制变得更加容易，几个研究小组报告了令人鼓舞的结果。

受这些最新发现的启发，Eda教授及其同事开始了测试方法，该方法可以对Cr2Ge2Te6超薄晶体中的磁性进行电控制。他们很快意识到，使用标准的固体栅氧化物(即通常用于调制基于半导体的晶体管的电性能的介电层)无法有效地调节这些材料的磁性。

研究小组决定使用双层晶体管几何形状来增强电场效应，其中凝胶状电解质在晶体表面形成一层离子，从而产生强电场。这种器件的几何形状使它们获得的电子掺杂密度比使用普通固体氧化物通常获得的电子掺杂密度高一个数量级。研究人员表明，利用双电层晶体管的几何形状，可以通过静电门控来调节Cr2Ge2Te6的居里温度和磁各向异性。

进行这项实验的研究员Ivan Verzhbitskiy博士解释说：“由于电子密度高，半导体的磁性能变化变得深远。”“居里温度从61 K提高到205 K超过140度。在其他磁性半导体中还没有观察到这种对居里温度的显着电场效应。我们很高兴看到居里温度如此急剧地升高带有磁场的磁性半导体，因为这意味着我们可以打开和关闭材料的磁性，类似于晶体管打开和关闭电信号的方式。”

这些发现可能对制造能够存储和处理信息的混合设备具有重要意义。将来，可以将相同的策略应用于其他层状半导体，以进一步研究磁性能的调制。

埃达教授说：“我们计划更详细地研究所观察到的现象背后的机制。”“对这一现象有了更好的了解，我们应该能够提高工作温度，并最终实现室温可调谐的磁性，这对于实际应用至关重要。”

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