Above Room-Temperature Ferromagnetism in Wafer-Scale Two-Dimensional van der Waals Fe3GeTe2 Tailored by a Topological Insulator

自旋电子学 铁磁性 凝聚态物理 材料科学 范德瓦尔斯力 居里温度 拓扑绝缘体 异质结 分子束外延 长度刻度 纳米技术 光电子学 外延 物理 图层(电子) 量子力学 分子
作者
Haiyu Wang,Yingjie Liu,Pei-Chen Wu,Wenjie Hou,Yuhao Jiang,Xiaohui Li,Chandan Pandey,Dongdong Chen,Qing Yang,Hangtian Wang,Dahai Wei,Na Lei,Wang Kang,Lianggong Wen,Tianxiao Nie,Weisheng Zhao,Kang L. Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (8): 10045-10053 被引量:153
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c03152
摘要

The emerging two-dimensional ferromagnetic materials present atomic layer thickness and a perfect interface feature, which have become an attractive research direction in the field of spintronics for low power and deep nanoscale integration. However, it has been proven to be extremely challenging to achieve a room-temperature ferromagnetic candidate with well controlled dimensionality, large-scale production, and convenient heterogeneous integration. Here, we report the growth of wafer-scale two-dimensional Fe3GeTe2 integrated with a topological insulator of Bi2Te3 by molecular beam epitaxy, which shows a Curie temperature (Tc) up to 400 K with perpendicular magnetic anisotropy. Dimensionality-dependent magnetic and magnetotransport measurements find that Tc increases with decreasing Fe3GeTe2 thickness in the heterostructures, indicating an interfacial engineering effect from Bi2Te3. The theoretical calculation further proves that the interfacial exchange coupling could significantly enhance the intralayer spin interaction in Fe3GeTe2, hence giving rise to a higher Tc. Our results provide great potential for the implementation of high-performance spintronic devices based on two-dimensional ferromagnetic materials.
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