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Tailoring the magnetic exchange interaction in MnBi2Te4 superlattices via the intercalation of ferromagnetic layers

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作者
Peng Chen,Qi Yao,Junqi Xu,Qiang Sun,Alexander J. Grutter,Patrick Quarterman,Purnima P. Balakrishnan,C. J. Kinane,Andrew J. Caruana,S. Langridge,Ang Li,Barat Achinuq,Emily Heppell,Yuchen Ji,Shanshan Liu,Baoshan Cui,Jiuming Liu,Puyang Huang,Zhongkai Liu,Guoqiang Yu,Faxian Xiu,T. Hesjedal,Jin Zou,Xiaodong Han,Haijun Zhang,Yumeng Yang,Xufeng Kou
出处
期刊:Nature electronics [Nature Portfolio]
被引量:12
标识
DOI:10.1038/s41928-022-00880-1
摘要

The intrinsic magnetic topological insulator MnBi2Te4 (MBT) provides a platform for the creation of exotic quantum phenomena. Novel properties can be created by modification of the MnBi2Te4 framework, but the design of stable magnetic structures remains challenging. Here we report ferromagnet-intercalated MnBi2Te4 superlattices with tunable magnetic exchange interactions. Using molecular beam epitaxy, we intercalate ferromagnetic MnTe layers into MnBi2Te4 to create [(MBT)(MnTe)m]N superlattices and examine their magnetic interaction properties using polarized neutron reflectometry and magnetoresistance measurements. Incorporation of the ferromagnetic spacer tunes the antiferromagnetic interlayer coupling of the MnBi2Te4 layers through the exchange-spring effect at MnBi2Te4/MnTe hetero-interfaces. The MnTe thickness can be used to modulate the relative strengths of the ferromagnetic and antiferromagnetic order, and the superlattice periodicity can tailor the spin configurations of the synthesized multilayers. The magnetic exchange interaction of MnBi2Te4—an intrinsic magnetic topological insulator—can be tuned by intercalating ferromagnetic layers of MnTe.
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