二维范德华铁磁体具有固有的长程磁有序和高度的磁可调谐性, 为高能效、非易失性自旋电子学的发展提供了一个新平台。同时，较弱的层间范德华力有利于二维铁磁与其他材料的异质集成，可拓宽相关器件的应用。近日，上海科技大学拓扑物理实验室寇煦丰团队（信息学院）、李刚团队（物质学院）和陈宇林-柳仲楷团队（物质学院）利用分子束外延（MBE）技术生长了具有晶圆级尺寸、原子级平整表面的CrTe2薄膜和Bi2Te3/CrTe2异质结，由此制备的自旋轨道力矩（SOT）器件具有低动态功率、高耐用性（超过5 X 10⁴次读写周期）、晶圆级器件性质均一的优点，可用于高密度磁存储。该研究成果发表于国际知名期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)。
结合电子能带结构计算，研究揭示：超薄CrTe2薄膜中的量子限域和界面效应会有效改变其贝里曲率和磁序强度，从而引发反常霍尔信号的极性变化。将铁磁CrTe2与拓扑绝缘体Bi2Te3结合，可实现集成的范德华异质结中自旋轨道矩(SOT)驱动的磁化开关。团队用MBE可实现对薄膜从二维到体相的厚度调控，为SOT自旋电子器件的设计增加了一个自由度，由此优化的结构可使开关功率降低54%。该设计理念为加快寻找新的二维范德华铁磁的异质结构、实现大规模的范德华材料合成和自旋电子器件应用提供了新的手段。
该项研究由上海科技大学，牛津大学，中国科学院物理所与兰州大学合作完成，上科大为第一完成单位。上科大物质学院2021级博士研究生刘馨琪、信息学院2021级硕士研究生黄浦阳、物质学院2020届博士毕业生夏云悠悠为文章共同第一作者，上科大拓扑物理实验室寇煦丰教授、李刚教授、姚岐副研究员为文章共同通讯作者。
图|晶圆级CrTe2薄膜的生长和原子级平整的表面以及Bi2Te3/CrTe2异质结中自旋轨道力矩(SOT)驱动的磁化开关
文章标题：Wafer-scale epitaxial growth of the thickness-controllable van der Waals ferromagnet CrTe2 for reliable magnetic memory applications
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