Science Bulletin|基于Fe3GeTe2范德瓦尔同质结的无间隔层双态到多态垂直自旋阀 ...

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.03.035

图1. 多态二维材料同质结自旋阀器件结构与磁性质

背景

自旋阀的基本原理是电阻与两个铁磁电极的平行或反平行构型有关，从而将磁阻(MR)效应联系起来，磁阻效应的基本结构由两个铁磁金属组成，通过插入一个非磁性间隔解耦。这种夹层结构中的磁电阻效应是磁传感、数据存储和处理技术的基石，最典型的是近二十年来巨磁电阻(GMR)和隧穿磁电阻(TMR)信息产业的发展。GMR和TMR效应背后的物理机制是电子输运分别由自旋相关的散射和自旋隧穿概率主导。为了产生可观的磁致共振效应，电子的自旋矩必须保持在间隔层和界面之间，这是自旋电子学的关键问题。因此，人们在优化间隔层和追求铁磁层与间隔层之间高质量的电子接口方面付出了巨大的努力。在此背景下，二维(2D)范德华(vdW)层状材料——尤其是新兴的二维磁性材料——为研究人员提供了另一种通用方法，来解决传统磁性多层体系中的此类障碍。特别是含有这些vdW材料的同质或异质结，没有直接的化学键合，避免了相关的混合效应和缺陷导致的隙态，可能表现出优于共价键合的磁性多层材料的性能

摘要

与共价键合的磁性多层体系不同，二维层状磁性材料的范德瓦尔斯(vdW)结中没有悬空键的高质量界面提供了实现新功能的机会。在这里，我们报道了利用vdW同源结制备无间隔层的多态垂直自旋阀门，其中剥离的Fe3GeTe2纳米薄片充当铁磁电极和/或中间层。我们分别演示了具有2和3个Fe3GeTe2纳米薄片的器件的双态和三级磁电阻的典型行为。与传统的三明治结构的自旋阀不同，我们的新型的基于同结的自旋阀结构允许直接实现多态磁器件。我们的工作证明了将多态、非挥发性自旋信息扩展到二维磁同结的可能性，并强调了vdW界面作为自旋电子器件基础构件的效用。

Different than covalently bonded magnetic multilayer systems, high-quality interfaces without dangling bonds in van der Waals (vdW) junctions of two-dimensional (2D) layered magnetic materials offer opportunities to realize novel functionalities. Here, we report the fabrication of multi-state vertical spin valves without spacer layers by using vdW homo-junctions in which exfoliated Fe3GeTe2 nanoflakes act as ferromagnetic electrodes and/or interlayers. We demonstrate the typical behavior of two-state and threestate magnetoresistance for devices with two and three Fe3GeTe2 nanoflakes, respectively. Distinct from traditional spin valves with sandwich structures, our novel homo-junction-based spin-valve structure allows the straightforward realization of multi-state magnetic devices. Our work demonstrates the possibility of extend multi-state, non-volatile spin information to 2D magnetic homo-junctions, and it emphasizes the utility of vdW interface as a fundamental building block for spintronic devices.