Systematische Untersuchungen des intrinsischen antiferromagnetischen Diodeneffekts. a, Nichtlineare Leitfähigkeit σ2ω und Längswiderstand Rxx als Funktion des vertikalen elektrischen Feldes Ez. b: Nichtlineare Leitfähigkeit als Funktion des vertikalen Magnetfelds μ0Hz im AFM-Zustand. Die rote gestrichelte Linie ist die Durchschnittslinie von σ2ω. c, Experimentell gemessener Längswiderstand (oberes Feld) und nichtlineare Leitfähigkeit (unteres Feld) als Funktion der Ladungsdichte ne. Die positiven und negativen σ2ω-Regionen sind rosa bzw. hellblau schattiert. d, Skalierung zwischen nichtlinearer Leitfähigkeit und dem Quadrat der regulären linearen Leitfähigkeit. Die dunkel gepunktete Linie ist die lineare Anpassung an die Skalierungskurve. Kredit : Natürliche Elektronik (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01219-8.
Antiferromagnete sind Materialien, in denen die magnetischen Momente benachbarter Atome abwechselnd ausgerichtet sind, was dazu führt, dass kein makroskopischer Nettomagnetismus vorhanden ist. Diese Materialien verfügen über interessante Eigenschaften, die für die Entwicklung spintronischer und elektronischer Geräte von Vorteil sein könnten.
Forscher der Harvard University beobachteten kürzlich einen antiferromagnetischen Diodeneffekt in gleichmäßig geschichtetem MnBi2Du4ein antiferromagnetisches Material, das durch einen zentrosymmetrischen Kristall gekennzeichnet ist, der keine gerichtete Ladungstrennung aufweist. Der beobachtete Effekt könnte zur Entwicklung verschiedener Technologien genutzt werden, darunter In-Plane-Feldeffekttransistoren und Mikrowellen-Energiegewinnungsgeräte.
Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Natürliche Elektronik.
Der bei vielen Materialien beobachtete Diodeneffekt führt dazu, dass innerhalb eines Geräts elektrischer Strom in eine Richtung fließt. Materialien, die diesen Effekt aufweisen, wurden zur Entwicklung verschiedener Geräte verwendet, darunter Funkempfänger, digitale Schaltkreise, Temperatursensoren und Mikrowellenschaltkreise.
Kürzlich haben Forscher einen supraleitenden Diodeneffekt in leitfähigen Materialien beobachtet, deren Kristallstruktur kein Symmetriezentrum aufweist, was auch als nicht zentrosymmetrische Polarleiter bezeichnet wird. Aufbauend auf ihren Beobachtungen machte sich das Team der Harvard University daran, die Existenz eines ähnlichen Effekts im antiferromagnetischen topologischen Isolator MnBi zu untersuchen2Du4.
„Nichtzentrosymmetrische Polarleiter sind intrinsische Dioden, die bei der Entwicklung nichtlinearer Anwendungen nützlich sein könnten“, schreiben Anyuan Gao, Shao-Wen Chen und Kollegen in ihrer Arbeit. „Solche Systeme wurden kürzlich auf nichtzentrosymmetrische Supraleiter ausgeweitet, und der supraleitende Diodeneffekt wurde beobachtet.“ Wir berichten über einen antiferromagnetischen Diodeneffekt in einem zentrosymmetrischen Kristall ohne gerichtete Ladungstrennung. »
Forscher stellten Geräte mit MnBi in gleichmäßigen Schichten her2Du4 mit zwei verschiedenen Elektrodenkonfigurationen. Einige dieser Geräte verfügten über Hall-Stabelektroden (d. h. Längselektroden, die Strom leiten, und Querelektroden zur Messung des Hall-Effekts), während die anderen Elektroden radial verteilt waren (d. h. in einem kreisförmigen Muster um einen zentralen Punkt angeordnet).
Die Forscher beobachteten in beiden Gerätetypen einen antiferromagnetischen Diodeneffekt, der durch nichtlinearen Transport gekennzeichnet ist. Anschließend sammelten sie verschiedene Messungen, um zu bestätigen, dass es sich tatsächlich um einen antiferromagnetischen Diodeneffekt handelte.
Untersuchung der Eigenschaften von MnBi in gleichmäßigen Schichten2Du4 Um den antiferromagnetischen Diodeneffekt aufzudecken, nutzte das Team verschiedene Techniken, darunter eine ortsaufgelöste optische Methode und Messtechniken zur elektrischen Summenfrequenzerzeugung (SFG).
„Wir haben einen signifikanten Transport der zweiten Harmonischen in einem nichtlinearen elektronischen Gerät beobachtet, der durch den kompensierten antiferromagnetischen Zustand von gleichmäßig geschichtetem MnBi ermöglicht wird2Du4” schrieben Gao, Chen und ihre Kollegen.
„Wir zeigen, dass dieser antiferromagnetische Diodeneffekt zur Herstellung von In-Plane-Feldeffekttransistoren und Mikrowellen-Energiegewinnungsgeräten genutzt werden kann. Wir zeigen auch, dass die Erzeugung elektrischer Frequenzsummen als Werkzeug zur Erkennung nichtlinearer Reaktionen in Quantenmaterialien verwendet werden kann. »
In ihrer Arbeit betonen die Autoren das Potenzial des von ihnen beobachteten antiferromagnetischen Diodeneffekts für die Entwicklung antiferromagnetischer Logikschaltungen, Mikrowellen-Harvester und spintronischer Geräte. Ihre Arbeit könnte bald den Weg für weitere Studien ebnen, die diesen Effekt untersuchen und wie er zur Herstellung neuer Hochleistungsgeräte genutzt werden könnte.
Weitere Informationen:
Anyuan Gao et al., Ein antiferromagnetischer Diodeneffekt in gleichmäßig geschichtetem MnBi2Du4, Natürliche Elektronik (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01219-8.
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Zitat:Forscher beobachten antiferromagnetischen Diodeneffekt in gleichmäßig geschichtetem MnBi₂Te₄ (2024, 22. September), abgerufen am 22. September 2024 von https://phys.org/news/2024-09-antiferromagnetic-diode-effect-layered-mnbite.html
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