科研进展|上科大拓扑物理实验室在二维范德华铁磁材料的磁存储方面取得新进展

二维范德华铁磁体具有固有的长程磁有序和高度的磁可调谐性, 为高能效、非易失性自旋电子学的发展提供了一个新平台。同时，较弱的层间范德华力有利于二维铁磁与其他材料的异质集成，可拓宽相关器件的应用。

近日，上海科技大学拓扑物理实验室寇煦丰团队（信息学院）、李刚团队（物质学院）和陈宇林-柳仲楷团队（物质学院）利用分子束外延（MBE）技术生长了具有晶圆级尺寸、原子级平整表面的CrTe₂薄膜和Bi₂Te₃/CrTe₂异质结，由此制备的自旋轨道力矩（SOT）器件具有低动态功率、高耐用性（超过次读写周期）、晶圆级器件性质均一的优点，可用于高密度磁存储。该研究成果发表于国际知名期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)。

结合电子能带结构计算，研究揭示：超薄CrTe₂薄膜中的量子限域和界面效应会有效改变其贝里曲率和磁序强度，从而引发反常霍尔信号的极性变化。将铁磁CrTe₂与拓扑绝缘体Bi₂Te₃结合，可实现集成的范德华异质结中自旋轨道矩(SOT)驱动的磁化开关。团队用MBE可实现对薄膜从二维到体相的厚度调控，为SOT自旋电子器件的设计增加了一个自由度，由此优化的结构可使开关功率降低54%。该设计理念为加快寻找新的二维范德华铁磁的异质结构、实现大规模的范德华材料合成和自旋电子器件应用提供了新的手段。

图|晶圆级CrTe₂薄膜的生长和原子级平整的表面以及Bi₂Te₃/CrTe₂异质结中自旋轨道力矩(SOT)驱动的磁化开关

该项研究由上海科技大学，牛津大学，中科院物理所与兰州大学合作完成，上科大为第一完成单位。上科大物质学院2021级博士研究生刘馨琪、信息学院2021级硕士研究生黄浦阳、物质学院2020届博士毕业生夏云悠悠为文章共同第一作者，上科大拓扑物理实验室寇煦丰教授、李刚教授、姚岐副研究员为文章共同通讯作者。

文章标题：

Wafer-scale epitaxial growth of the thickness-controllable van der Waals ferromagnet CrTe2 for reliable magnetic memory applications

文章链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202304454