一種基于低維反鐵磁/鐵磁絕緣體異質結的交換偏置可調的器件，一種基于低維反鐵磁/鐵磁絕緣體異質結的交換偏置可調的器件，(1)由低維鐵磁絕緣體覆蓋反鐵磁拓撲絕緣體構成異質結；異質結的構型有兩種，即鐵磁絕緣體完整覆蓋反鐵磁拓撲絕緣體和鐵磁絕緣體半覆蓋反鐵磁拓撲絕緣體；(2)在異質結上方覆蓋一層非磁性的絕緣保護層；(3)在異質結中，能觀測到明顯的交換偏置效應；(4)通過改變鐵磁絕緣體覆蓋的范圍，能調控交換偏置的符號；(5)器件所用材料體系為范德瓦爾斯層狀材料；通過改變鐵磁絕緣體覆蓋的范圍，能調控交換偏置符號；在磁性材料居里溫度和奈爾溫度以下，利用低溫和磁場進行磁輸運測量能測量反常霍爾效應。場進行磁輸運測量能測量反常霍爾效應。場進行磁輸運測量能測量反常霍爾效應。
【技術實現步驟摘要】
一種基于低維反鐵磁/鐵磁絕緣體異質結的交換偏置可調的器件
[0001]本專利技術屬于磁存儲
，特別涉及一種基于低維反鐵磁/鐵磁絕緣體異質結的交換偏置可調的器件。
技術介紹
[0002]交換偏置效應最早是在CoO包裹的Co納米顆粒中觀測到的，隨后，大量研究交換偏置效應的工作相繼出現。交換偏置在磁存儲和磁記錄器件方面具有重要應用價值。交換偏置效應由鐵磁與反鐵磁界面的交換相互作用引起，所以界面質量在交換偏置效應上扮演重要角色。然而傳統的薄膜沉積方法制備的鐵磁與反鐵磁異質結有一些難以避免的問題，比如不同材料層間的元素擴散、界面處應力、晶格匹配等，這限制了可實現交換偏置的體系。而磁性范德瓦爾斯層狀材料(如CrI3、CrBr3、Cr2Si2Te6、VSe2、Cr2Ge2Te6、Fe3GeTe2等等)則為交換偏置的研究提供了全新的材料體系平臺。豐富的磁性范德瓦爾斯層狀材料，可以提供多自由度的堆疊可能性，拓寬交換偏置研究的材料選擇范圍；且可以避免異質結界面的表面重構與組分變化。
[0003]交換偏置一般需要先進行場冷，取垂直樣品平面向上為正方向(以下無特殊說明均為該方向)，交換偏置大小的定義為μ0H
eb
＝(μ0H
c_r
?
μ0H
c_l
)/2，μ0H
c_r
為右側矯頑場的絕對值，μ0H
c_l
為左側矯頑場的絕對值。當μ0H
eb
為正時，則定義為正交換偏置；當μ0H
eb
為負時，則定義為負交換偏置。
[0004]近年來，磁性范德瓦爾斯材料中的交換偏置研究取得了一些有益的進展。新加坡國立大學在CrCl3/Fe3GeTe2異質結的器件中測到了交換偏置效應，其在2.5K時μ0H
eb
最大能達到50mT。韓國科學與技術研究院的研究人員在氧化的Fe3GeTe2中觀測到了交換偏置現象，這里樣品表面約幾納米的氧化Fe3GeTe2層是反鐵磁態，與未氧化的鐵磁態Fe3GeTe2形成了鐵磁/反鐵磁界面產生交換偏置。華中科技大學的研究人員在MnPS3/Fe3GeTe2異質結和MnPSe3/Fe3GeTe2異質結中也觀測到明顯的交換偏置現象。
[0005]在這些以往的異質結研究中，磁性異質結中交換偏置μ0H
eb
的符號取決于其中的磁相互作用。在場冷方向為正時，負的交換偏置對應μ0H
eb
的符號為負。在相反的場冷方向下，得到的μ0H
eb
的符號也相反；即負的交換偏置在負向的場冷方向下μ0H
eb
為正。在場冷方向、測量條件等其他條件不變的情況下，同一材料類型異質結中的交換偏置μ0H
eb
的符號基本是不變的。因此，通過改變器件結構來實現交換偏置符號的變化就顯得十分重要。
技術實現思路
[0006]為了解決現有技術中的問題，本專利技術目的是，提供一種基于低維反鐵磁/鐵磁絕緣體異質結的交換偏置可調的器件及制備方法，旨在通過改變器件構型來改變交換偏μ0H
eb
的符號。
[0007]為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為：一種基于低維反鐵磁/鐵磁絕緣體異
質結的交換偏置可調的器件。
[0008]本專利技術的制備方法包括以下步驟：其中，反鐵磁拓撲絕緣體與鐵磁絕緣體異質結的制備，包括以下步驟：
[0009]步驟1、利用機械剝離的方法將MnBi2Te4塊體剝離到膠帶上，得到薄層的MnBi2Te4介觀樣品。
[0010]步驟2、將帶有MnBi2Te4樣品的膠帶貼在氧化硅片襯底上，再移除膠帶，讓MnBi2Te4樣品通過范德瓦爾斯力留在氧化硅片襯底上。
[0011]步驟3、通過電子束光刻、電子束蒸發和剝離工藝在MnBi2Te4薄層樣品上制備出金電極。
[0012]步驟4、利用機械剝離的方法將CrI3塊體剝離到膠帶上，再將CrI3薄片轉移到聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜上，并貼在載玻片上。
[0013]步驟5、利用轉移平臺，通過干法轉移工藝，將CrI3薄片轉移到制備好電極的MnBi2Te4樣品上，CrI3薄片可以完整覆蓋或局部覆蓋住MnBi2Te4樣品。
[0014]步驟6、利用機械剝離的方法將六方氮化硼(h
?
BN)塊體剝離到膠帶上，將其薄片轉移到聚二甲基硅氧烷薄膜上，并貼在載玻片上。
[0015]步驟7、利用轉移平臺，通過干法轉移工藝，將h
?
BN薄片轉移到制備好的CrI3/MnBi2Te4異質結上，h
?
BN要將整個異質結封蓋住以隔絕大氣。
[0016]作為一個優選方案，步驟1、步驟4和步驟6中的膠帶選用日本Nitto產的膠帶。
[0017]作為一個優選方案，步驟2中的襯底選用覆蓋有300納米氧化硅的硅片。
[0018]作為一個優選方案，步驟2中的MnBi2Te4樣品的長寬尺寸在十微米的數量級，厚度為十納米左右。
[0019]作為一個優選方案，步驟3中金電極的厚度為20納米。
[0020]作為一個優選方案，步驟4中CrI3的厚度為數十納米。
[0021]作為一個優選方案，上述步驟需要在充滿氬氣的惰性氣體的手套箱內進行，保護樣品免受空氣氧化。
[0022]從而得到(1)由低維鐵磁絕緣體覆蓋反鐵磁拓撲絕緣體構成異質結；這里反鐵磁拓撲絕緣體在下層、鐵磁絕緣體在上層(兩種材料位置可以顛倒)；異質結的構型有兩種，即鐵磁絕緣體完整覆蓋反鐵磁拓撲絕緣體和鐵磁絕緣體半覆蓋反鐵磁拓撲絕緣體；(2)在異質結上方覆蓋一層非磁性的絕緣保護層；(3)在異質結中，能觀測到明顯的交換偏置效應；(4)通過改變鐵磁絕緣體覆蓋的范圍，能調控交換偏置的符號；(5)器件所用材料體系為范德瓦爾斯層狀材料，有利于器件的制備與集成；氧化硅片、硅片、玻璃、陶瓷均可為本專利技術的襯底。
[0023]異質結器件中的低維鐵磁絕緣體為CrI3、CrBr3，低維反鐵磁拓撲絕緣體選擇MnBi2Te4。
[0024]對異質結器件進行場冷，取磁場垂直樣品表面向上為場冷的正方向(無特殊說明均為該方向)；在磁性材料的居里溫度和奈爾溫度以下，利用低溫和磁場環境下進行磁輸運測量，能測量反常霍爾效應；在全覆蓋的異質結器件中，能觀測到負的交換偏置效應；在半覆蓋的異質結器件中，能觀測到正的交換偏置效應。
[0025]優選地，反鐵磁拓撲絕緣體選取MnBi2Te4，鐵磁絕緣體選取CrI3，MnBi2Te4的厚度在
十納米的數量級，過厚的MnBi2Te4樣品沒有可觀測的反常霍爾效應。
[0026]優選地，這里從100K以上的溫度開始施加一個磁場進行場冷，場冷的起始溫度要超過兩種材料的磁性臨界溫度，再降溫到兩者的磁性臨界溫度以下測量交換偏置。
[0027]有益效果：通過本專利技術中所述的技術方案，與現有技術相比，本專利技術可以通過異質結的全覆蓋和半覆蓋兩種構型，在相同的場冷方向下，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種基于低維反鐵磁/鐵磁絕緣體異質結的交換偏置可調的器件，其特征在于：(1)由低維鐵磁絕緣體覆蓋反鐵磁拓撲絕緣體構成異質結；異質結的構型有兩種，即鐵磁絕緣體完整覆蓋反鐵磁拓撲絕緣體和鐵磁絕緣體半覆蓋反鐵磁拓撲絕緣體；(2)在異質結上方覆蓋一層非磁性的絕緣保護層；(3)在異質結中，能觀測到明顯的交換偏置效應；(4)通過改變鐵磁絕緣體覆蓋的范圍，能調控交換偏置的符號；(5)器件所用材料體系為范德瓦爾斯層狀材料，有利于器件的制備與集成；通過改變鐵磁絕緣體覆蓋的范圍，能調控交換偏置的符號；對異質結器件進行場冷，取磁場垂直樣品表面向上為場冷的正方向；在磁性材料的居里溫度和奈爾溫度以下，利用低溫和磁場環境下進行磁輸運測量，能測量反常霍爾效應；在全覆蓋的異質結器件中，能觀測到負的交換偏置效應；在半覆蓋的異質結器件中，能觀測到正的交換偏置效應。從100K以上的溫度開始施加一個磁場進行場冷，場冷的起始溫度要超過兩種材料的磁性臨界溫度，再降溫到兩者的磁性臨界溫度以下測量交換偏置；異質結器件中的低維鐵磁絕緣體為CrI3、CrBr3，低維反鐵磁拓撲絕緣體選擇MnBi2Te4。2.根據權利要求1所述的基于低維反鐵磁/鐵磁絕緣體異質結的交換偏置器件，其特征在于：異質結器件中反鐵磁拓撲絕緣體材料的厚度在十納米的數量級。3.根據權利要求1所述的基于低維反鐵磁/鐵磁絕緣體異質結的交換偏置器件，其特征在于：異質結器件上覆蓋一層非磁性的絕緣保護層，選擇六方氮化硼或云母。4.根據權利要求1所述的基于低維反鐵磁/鐵磁絕緣體異質結的交換偏置器件，其特征在于：反鐵磁材料與鐵磁絕緣體材料的上下位置能顛倒或上下位置互相替換。5.根據權利要求1所述的基于低維反鐵磁/鐵磁絕緣體異質結的交換偏置器件，其特征在于：取正方向(垂直樣品表面向上，以下無特殊說明均為該方向)的磁場進行場冷(Field cooling)后，可以在異質結器件中觀測到交換偏置效應，交換偏置的大小為μ0H
eb
＝(μ0H
c_r
?
μ0H
c_l
【專利技術屬性】
技術研發人員：張帥，應哲，陳寧，宋鳳麒，
申請(專利權)人：江蘇集創原子團簇科技研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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