一种基于低维反铁磁/铁磁绝缘体异质结的交换偏置可调的器件

技术领域

本发明属于磁存储技术领域，特别涉及一种基于低维反铁磁/铁磁绝缘体异质结的交换偏置可调的器件。

背景技术

交换偏置效应最早是在CoO包裹的Co纳米颗粒中观测到的，随后，大量研究交换偏置效应的工作相继出现。交换偏置在磁存储和磁记录器件方面具有重要应用价值。交换偏置效应由铁磁与反铁磁界面的交换相互作用引起，所以界面质量在交换偏置效应上扮演重要角色。然而传统的薄膜沉积方法制备的铁磁与反铁磁异质结有一些难以避免的问题，比如不同材料层间的元素扩散、界面处应力、晶格匹配等，这限制了可实现交换偏置的体系。而磁性范德瓦尔斯层状材料(如CrI

交换偏置一般需要先进行场冷，取垂直样品平面向上为正方向(以下无特殊说明均为该方向)，交换偏置大小的定义为μ

近年来，磁性范德瓦尔斯材料中的交换偏置研究取得了一些有益的进展。新加坡国立大学在CrCl

在这些以往的异质结研究中，磁性异质结中交换偏置μ

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明目的是，提供一种基于低维反铁磁/铁磁绝缘体异质结的交换偏置可调的器件及制备方法，旨在通过改变器件构型来改变交换偏μ

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于低维反铁磁/铁磁绝缘体异质结的交换偏置可调的器件。

本发明的制备方法包括以下步骤：其中，反铁磁拓扑绝缘体与铁磁绝缘体异质结的制备，包括以下步骤：

步骤1、利用机械剥离的方法将MnBi

步骤2、将带有MnBi

步骤3、通过电子束光刻、电子束蒸发和剥离工艺在MnBi

步骤4、利用机械剥离的方法将CrI

步骤5、利用转移平台，通过干法转移工艺，将CrI

步骤6、利用机械剥离的方法将六方氮化硼(h-BN)块体剥离到胶带上，将其薄片转移到聚二甲基硅氧烷薄膜上，并贴在载玻片上。

步骤7、利用转移平台，通过干法转移工艺，将h-BN薄片转移到制备好的CrI

作为一个优选方案，步骤1、步骤4和步骤6中的胶带选用日本Nitto产的胶带。

作为一个优选方案，步骤2中的衬底选用覆盖有300纳米氧化硅的硅片。

作为一个优选方案，步骤2中的MnBi

作为一个优选方案，步骤3中金电极的厚度为20纳米。

作为一个优选方案，步骤4中CrI

作为一个优选方案，上述步骤需要在充满氩气的惰性气体的手套箱内进行，保护样品免受空气氧化。

从而得到(1)由低维铁磁绝缘体覆盖反铁磁拓扑绝缘体构成异质结；这里反铁磁拓扑绝缘体在下层、铁磁绝缘体在上层(两种材料位置可以颠倒)；异质结的构型有两种，即铁磁绝缘体完整覆盖反铁磁拓扑绝缘体和铁磁绝缘体半覆盖反铁磁拓扑绝缘体；(2)在异质结上方覆盖一层非磁性的绝缘保护层；(3)在异质结中，能观测到明显的交换偏置效应；(4)通过改变铁磁绝缘体覆盖的范围，能调控交换偏置的符号；(5)器件所用材料体系为范德瓦尔斯层状材料，有利于器件的制备与集成；氧化硅片、硅片、玻璃、陶瓷均可为本发明的衬底。

异质结器件中的低维铁磁绝缘体为CrI

对异质结器件进行场冷，取磁场垂直样品表面向上为场冷的正方向(无特殊说明均为该方向)；在磁性材料的居里温度和奈尔温度以下，利用低温和磁场环境下进行磁输运测量，能测量反常霍尔效应；在全覆盖的异质结器件中，能观测到负的交换偏置效应；在半覆盖的异质结器件中，能观测到正的交换偏置效应。

优选地，反铁磁拓扑绝缘体选取MnBi

优选地，这里从100K以上的温度开始施加一个磁场进行场冷，场冷的起始温度要超过两种材料的磁性临界温度，再降温到两者的磁性临界温度以下测量交换偏置。

有益效果：通过本发明中所述的技术方案，与现有技术相比，本发明可以通过异质结的全覆盖和半覆盖两种构型，在相同的场冷方向下，可以在不同的异质结构型中实现相反的交换偏置效应，即μ

附图说明

图1A、图1B是本发明的两种结构示意图，图1A左图为全覆盖的异质结结构，图1B右图为半覆盖的异质结结构。

图2是本发明的交换偏置的测量示意图，其中样品沿xy平面，磁场沿着z方向垂直于样品平面，电流沿着x方向；霍尔电阻R

图3A、图3B是本发明的正负交换偏置示意图，图3A左图对应于负交换偏置，图3B右图对应于正交换偏置，其中场冷方向均为向上。

图4A、图4B是本发明的交换偏置的测量结果图；分别对应全覆盖的异质结结构和半覆盖的异质结结构。

具体实施方式

下面结合附图和示例，对本发明的一种基于低维反铁磁/铁磁绝缘体异质结的交换偏置可调的器件，进一步地说明技术方案以及优点。

示例1

步骤1、分别用Nitto产的胶带粘取适量磁性范德瓦尔斯层状材料MnBi

步骤2、将带有薄层MnBi

步骤3、通过电子束光刻、电子束蒸发和剥离工艺在薄层MnBi

步骤4、将机械剥离得到的CrI

步骤5、利用转移平台，通过干法转移工艺，将CrI

步骤6、利用转移平台，通过和步骤5一样的干法转移工艺，将h-BN薄片转移到制备好电极的CrI

步骤7、将步骤6中制备好的封装好的异质结样品连接到样品台上，放入低温超导磁体中。

步骤8、先降温到100K的温度，然后施加一个正向的0.1T的磁场，再降温到2K,该过程即为正方向场冷。

步骤9、在2K下，对该器件进行磁输运测量，利用锁相技术测量器件的霍尔效应(图2)。

步骤10、可以观测到在CrI

步骤11、对局部覆盖的异质结器件，重复步骤8和9；可以观测到在CrI

以上所述仅是本发明的优选实施方式，还应当指出：对于本技术领域的人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干的改进与润饰，这些改进与润饰也在本发明的保护范围内。