IF 27.4！扭转范德华Fe3GeTe2同质结中的赝隧道磁阻效应

本文精选

扭转电子学（Twistronics）是一种新颖的工程方法，涉及将范德华（vdW）集成的二维材料在特定角度下对齐，最近引起了广泛关注。在扭转的vdW结（所谓的“魔角”）中已经展示了多种非平凡现象，例如非常规超导性、拓扑相和磁性。然而，关于具有大扭转角θt的集成vdW层的报道较少，例如使用高温超导体的扭转界面约瑟夫森结。本文组装了薄磁性片Fe3GeTe2（FGT）的vdW同质结，其扭转角θt范围从0°到90°，且未插入任何隧道势垒。尽管如此，这些vdW同质结表现出类似隧道磁阻（TMR）的行为（赝隧道磁阻（PTMR）效应），其比率对θt值高度敏感，揭示了扭转FGT层之间的vdW间隙在界面处表现得像隧道势垒，而θt通过显著改变晶格失配和随后的反铁磁（AFM）自旋排列的出现，成为PTMR的控制参数。考虑真空间隙的第一性原理计算表明，TMR对θt的强烈依赖是由块体FGT的六重螺旋旋转对称性驱动的。这些同质结有望成为新型AFM自旋依赖现象和自旋电子学应用的平台。

创新点

1. 通过调控扭转角θt，实现了vdW同质结中的赝隧道磁阻（PTMR）效应，揭示了vdW间隙在界面处作为隧道势垒的作用。

2. 在不插入任何隧道势垒的情况下，实现了类似TMR的行为，为自旋电子学器件的设计提供了新的思路。

3. 扭转角θt通过改变晶格失配和反铁磁（AFM）自旋排列，成为调控PTMR的关键参数。

4. 通过第一性原理计算验证了TMR对θt的强烈依赖，揭示了块体FGT的六重螺旋旋转对称性在其中的作用。

科研工作启发

1. 扭转角调控的vdW同质结为自旋电子学和量子计算提供了新的平台，特别是在调控磁性和电子输运方面。

2. 在不插入隧道势垒的情况下实现类似TMR的行为，为自旋电子学器件的简化设计和制备提供了新的方向。

3. 通过调控扭转角θt，可以深入研究反铁磁自旋排列及其对电子输运的影响，为新型自旋电子学现象的研究提供了新的工具。

4. 第一性原理计算在揭示材料物理性质和器件行为方面的应用，为材料设计和器件优化提供了重要的理论支持。

思路延伸

1. 探索其他二维材料在扭转电子学中的应用，以进一步扩展自旋电子学和量子计算的功能。

2. 通过设计更复杂的扭转同质结，实现更多功能的电子和自旋电子器件，满足不同应用需求。

3. 深入研究扭转角调控的量子现象，为量子计算和量子信息科学提供新的平台。

4. 进一步优化基于扭转同质结的自旋电子学器件，实现更高性能和更低能耗的自旋电子学应用。

5. 开发更高效、更精确的扭转同质结制备技术，推动其在自旋电子学和量子计算中的应用。

6. 通过界面工程调控扭转同质结的电子和自旋输运特性，实现更复杂的自旋电子学现象。

在生物医学中的潜在应用

1. 生物传感器：基于扭转同质结的自旋电子学器件可以用于开发高灵敏度的生物传感器，用于实时监测生物标志物和生理信号。

2. 神经接口：利用扭转同质结的电子和自旋输运特性，开发用于神经接口的自旋电子学器件，实现与生物神经系统的无缝连接。

3. 医疗诊断：基于扭转同质结的自旋电子学器件可以用于开发高精度的医疗诊断设备，实现快速、准确的疾病诊断。

4. 可穿戴医疗设备：利用扭转同质结的柔性和可扩展性，开发用于可穿戴医疗设备的自旋电子学器件，实时监测患者的健康状况并提供个性化的医疗建议。

5. 生物医学成像：利用扭转同质结的电子和自旋输运特性，开发用于生物医学成像的自旋电子学器件，提高成像分辨率和灵敏度。

Pseudotunnel Magnetoresistance in Twisted van der Waals Fe3GeTe2 Homojunctions

Adv. Mater. (IF 27.4)

Pub Date  : 2025-01-06

DOI : 10.1002/adma.202411459

Reiji Obata, Haiming Sun, Kartik Samanta, Naafis Ahnaf Shahed, Mioko Kosugi, Takashi Kikkawa, Alaa Abdallah, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Kazu Suenaga, Eiji Saitoh, Shigeo Maruyama, Kazuhiko Hirakawa, Kirill D. Belashchenko, Evgeny Y. Tsymbal, Junji Haruyama

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