使用电流辅助畴壁运动调制外尔半金属中的磁性

自旋电子器件是利用电子的固有自旋来存储和处理数据的新兴技术。这些技术有可能在速度和能源效率方面超越传统电子产品。

北京大学，中国科学院和中国其他研究所的一组研究人员最近引入了一种方法，可能有助于提高自旋电子器件的效率。他们的策略在发表在Nature Electronics上的一篇论文中概述，需要对磁性Weyl半金属中的磁性进行调制，这反过来可以移动畴壁，即铁磁材料中磁化方向改变的区域。

“自旋电子器件的效率可以通过以较低的工作电流产生更高的有效磁场来提高，”Quiyuan Wang和他的同事在他们的论文中写道。“自旋传递扭矩可以在由单一材料组成的器件中驱动磁畴壁运动，但通常需要高阈值电流密度来移动畴壁，并且很难改善普通流动铁磁体中的有效磁场。

Wang和他的同事们基本上设计了一种调制Co磁性的方法。3锡2S2，一种磁性外尔半金属。磁性外尔半金属是承载外来准粒子的材料，称为外尔费米子。这些结晶固体有时被提议作为开发自旋电子器件的潜在候选材料。

研究人员提出的策略具体涉及所谓的畴壁通过一种称为自旋 - 传递 - 扭矩的现象移动，这种现象发生在铁磁材料中。在自旋电子学研究中，自旋传递扭矩用于操纵材料的磁化，使设备能够更有效地存储和处理数据。

为了测试他们方法的有效性，该团队收集了一系列测量结果并进行了几次模拟。他们的发现非常有希望，突出了磁性Weyl半金属在创造新的自旋电子器件方面的巨大潜力。

“我们使用异常霍尔电阻测量和域壁运动使用异常霍尔电阻测量来检查直流电流对磁反转的影响，”王和他的同事在他们的论文中写道。“在160 K时，驱动域壁运动的阈值电流密度小于5.1×105一厘米−2外部磁场为零且小于 1.5 × 105一厘米−2在中等外部磁场 (0.2 kOe) 下。自旋传递扭矩有效场可高达2.4–5.6 kOe MA−1厘米2在 150 K。

通过自旋-传递-转矩辅助畴壁传播，Wang和他的同事能够调节Co中的磁化反转过程。3锡2S2低电流密度下的纳米片。进一步分析表明，Co3锡2S2特别有利于实现域壁的运动。

虽然研究人员的研究重点是Co3锡2S2，同样的方法也可用于移动其他磁性Weyl半金属中的畴壁，从而有可能实现更高的器件效率。因此，在未来，他们的工作可以为基于这些有前途的材料创建一套新的更节能的自旋电子器件铺平道路。