二次元磁石の最近の進歩.スピントロニクス応用に向けた物理とデバイス

Recent Advances in Two-Dimensional Magnets: Physics and Devices towards Spintronic Applications.

• Vertikasari P Ningrum
• Bowen Liu
• Wei Wang
• Yao Yin
• Yi Cao
• Chenyang Zha
• Hongguang Xie
• Xiaohong Jiang
• Yan Sun
• Sichen Qin
• Xiaolong Chen
• Tianshi Qin
• Chao Zhu
• Lin Wang
• Wei Huang

抄録

低次元ナノ材料の出現は、サイズ効果がスピン配列に大きく影響することから、磁性の発展に革命をもたらした。2017年に真の2次元磁性材料(2DMM)が初めて実証されて以来、これらの2DMMでは多種多様な磁気相とそれに関連した特性が示されており、将来的にはスピンベースのデバイスを効率的に操作する新たな機会を提供している。ここでは、2DMMとヘテロ構造の構造特性、物性、スピントロニクス応用の側面から最近の進展に注目する。まず、2次元格子におけるスピンの空間配置の顕微鏡的特徴をレビューする。その後、2次元スケールでの光-物質-スピン相互作用における光学プローブについて議論する。次に、特に2DMMの電子・スピントロニクスデバイスに関する最近の研究を体系的にまとめる。電子物性の項では、2DMMにおける長距離マグノン輸送、電界効果トランジスタ、磁気抵抗の変化、(量子的に)異常なホール効果などのエキサイティングな現象を紹介する。スピントロニクス応用のセクションでは、スピンバルブ、スピン軌道トルク、スピン電界効果トランジスタ、スピントンネル電界効果トランジスタ、スピンフィルター磁気トンネル接合など、2DMMをベースとしたスピントロニクスデバイスに焦点を当てている。最後に、2DMMの光学的、電子的、スピントロニクス的特性を探求している理論家や実験家にとって、この分野における現在の課題と将来への期待についての見解を述べている。

The emergence of low-dimensional nanomaterials has brought revolutionized development of magnetism, as the size effect can significantly influence the spin arrangement. Since the first demonstration of truly two-dimensional magnetic materials (2DMMs) in 2017, a wide variety of magnetic phases and associated properties have been exhibited in these 2DMMs, which offer a new opportunity to manipulate the spin-based devices efficiently in the future. Herein, we focus on the recent progress of 2DMMs and heterostructures in the aspects of their structural characteristics, physical properties, and spintronic applications. Firstly, the microscopy characterization of the spatial arrangement of spins in 2D lattices is reviewed. Afterwards, the optical probes in the light-matter-spin interactions at the 2D scale are discussed. Then, particularly, we systematically summarize the recent work on the electronic and spintronic devices of 2DMMs. In the section of electronic properties, we raise several exciting phenomena in 2DMMs, i.e., long-distance magnon transport, field-effect transistors, varying magnetoresistance behavior, and (quantum) anomalous Hall effect. In the section of spintronic applications, we highlight spintronic devices based on 2DMMs, e.g., spin valves, spin-orbit torque, spin field-effect transistors, spin tunneling field-effect transistors, and spin-filter magnetic tunnel junctions. At last, we also provide our perspectives on the current challenges and future expectations in this field, which may be a helpful guide for theorists and experimentalists who are exploring the optical, electronic, and spintronic properties of 2DMMs.

Copyright © 2020 Vertikasari P. Ningrum et al.