Electrical control of 2D magnetism in bilayer CrI3

凝聚态物理 磁性 自旋电子学 反铁磁性 双层 铁磁性 范德瓦尔斯力 磁场 材料科学 物理 化学 量子力学 分子 生物化学
作者
Bevin Huang,Genevieve Clark,Dahlia Klein,David MacNeill,Efrén Navarro‐Moratalla,Kyle L. Seyler,Nathan P. Wilson,Michael A. McGuire,David Cobden,Di Xiao,Wang Yao,Pablo Jarillo‐Herrero,Xiaodong Xu
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Springer Nature]
卷期号:13 (7): 544-548 被引量:1099
标识
DOI:10.1038/s41565-018-0121-3
摘要

The challenge of controlling magnetism using electric fields raises fundamental questions and addresses technological needs such as low-dissipation magnetic memory. The recently reported two-dimensional (2D) magnets provide a new system for studying this problem owing to their unique magnetic properties. For instance, bilayer chromium triiodide (CrI3) behaves as a layered antiferromagnet with a magnetic field-driven metamagnetic transition. Here, we demonstrate electrostatic gate control of magnetism in CrI3 bilayers, probed by magneto-optical Kerr effect (MOKE) microscopy. At fixed magnetic fields near the metamagnetic transition, we realize voltage-controlled switching between antiferromagnetic and ferromagnetic states. At zero magnetic field, we demonstrate a time-reversal pair of layered antiferromagnetic states which exhibit spin-layer locking, leading to a remarkable linear dependence of their MOKE signals on gate voltage with opposite slopes. Our results pave the way for exploring new magnetoelectric phenomena and van der Waals spintronics based on 2D materials.
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