Coexisting Non-Trivial Van der Waals Magnetic Orders Enable Field-Free Spin-Orbit Torque Magnetization Dynamics
Artikel i vetenskaplig tidskrift, 2025
The discovery of van der Waals (vdW) magnetic materials exhibiting non-trivial and tunable magnetic interactions can lead to exotic magnetic states that are not readily attainable with conventional materials. Such vdW magnets can provide a unique platform for studying new magnetic phenomena and realizing magnetization dynamics for energy-efficient and non-volatile spintronic memory and computing technologies. Here, the coexistence of ferromagnetic and antiferromagnetic orders in vdW magnet (Co0.5Fe0.5)5-xGeTe2 (CFGT) above room temperature, inducing an intrinsic exchange bias and canted perpendicular magnetism is discovered. Such non-trivial intrinsic magnetic order enables to realize energy-efficient, magnetic field-free, and deterministic spin-orbit torque (SOT) switching of CFGT in heterostructure with Pt. These experiments, in conjunction with density functional theory and Monte Carlo simulations, demonstrate the coexistence of non-trivial magnetic orders in CFGT, which enables field-free SOT magnetization dynamics in spintronic devices.
anti-ferromagnet
spin-orbit torque
(Co0.5Fe0.5)5-xGeTe2
2D magnets
ferromagnet
exchange bias
field-free magnetization switching
room temperature
Författare
Bing Zhao
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantkomponentfysik
Lakhan Bainsla
Indian Institute of Technology
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantkomponentfysik
Soheil Ershadrad
Uppsala universitet
Lunjie Zeng
Chalmers, Fysik, Nano- och biofysik
Roselle Ngaloy
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantkomponentfysik
P Svedlindh
Uppsala universitet
Eva Olsson
Chalmers, Fysik, Nano- och biofysik
Biplab Sanyal
Uppsala universitet
Saroj Prasad Dash
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantkomponentfysik
Advanced Materials
09359648 (ISSN) 15214095 (eISSN)
Vol. 37 37 25028222D material-baserad teknologi för industriella applikationer (2D-TECH)
GKN Aerospace (2D-tech), 2021-01-01 -- 2024-12-31.
VINNOVA (2024-03852), 2023-11-01 -- 2029-12-31.
VINNOVA (2019-00068), 2020-05-01 -- 2024-12-31.
Graphene Core Project 3 (Graphene Flagship)
Europeiska kommissionen (EU) (EC/H2020/881603), 2020-04-01 -- 2023-03-31.
Tvådimensionell spintronik minnesteknik
Vetenskapsrådet (VR) (2021-05925), 2021-12-01 -- 2024-11-30.
2D Heterostructure Non-volatile Spin Memory Technology (2DSPIN-TECH)
Europeiska kommissionen (EU) (EC/HE/101135853), 2023-12-01 -- 2026-11-30.
Spinntronik med topologiskt kvantmaterial och magnetisk heterostruktur
Vetenskapsrådet (VR) (2021-04821), 2022-01-01 -- 2025-12-31.
ARTEMI - en Nationell Forskningsinfrastruktur för Elektronmikroskopi
Stiftelsen för Strategisk forskning (SSF) (RIF21-0026), 2022-09-01 -- 2027-12-31.
Vetenskapsrådet (VR) (2021-00171), 2022-01-01 -- 2026-12-31.
Topologi och magnetism i nya kvantmaterial
Vetenskapsrådet (VR) (2018-07046), 2020-01-01 -- 2021-12-31.
Styrkeområden
Informations- och kommunikationsteknik
Nanovetenskap och nanoteknik
Energi
Materialvetenskap
Ämneskategorier (SSIF 2025)
Den kondenserade materiens fysik
Infrastruktur
Chalmers materialanalyslaboratorium
Myfab (inkl. Nanotekniklaboratoriet)
DOI
10.1002/adma.202502822