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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2508.20710 (cond-mat)
[提交于 2025年8月28日 ]

标题: 镍铁氧体/γ-氧化铝/钛酸锶异质结构中的磁性和非线性电荷输运在自旋电子学应用中的研究

标题: Magnetism and nonlinear charge transport in NiFe2O4/γ-Al2O3/SrTiO3 heterostructure for spintronic applications

Authors:Amit Chanda, Thor Hvid-Olsen, Christina Hoegfeldt, Anshu Gupta, Alessandro Palliotto, Maja A. Dunstan, Kasper S. Pedersen, Dae-Sung Park, Damon J. Carrad, Thomas Sand Jespersen, Felix Trier
摘要: 我们介绍了NiFe2O4/{\gamma }-Al2O3/SrTiO3异质结构的合成及其磁性和电子性质的研究。 {\gamma }-Al2O3/SrTiO3界面具有高迁移率的二维电子气(2DEG)并具有大的自旋轨道耦合,如果它可以与合适的自旋电流源耦合,这使其在自旋电子学应用中具有前景。 在这里,我们在{\gamma }-Al2O3(001)/SrTiO3(001) 上使用低温反应溅射在150摄氏度下合成了铁磁绝缘NiFe2O4(001)层,而不会影响{\gamma }-Al2O3(001)/SrTiO3(001) 界面上的2DEG的迁移率和载流子密度。 {\gamma }-Al2O3/SrTiO3 和 NiFe2O4/{\gamma }-Al2O3/SrTiO3 的面电阻在低温下表现出金属行为,其低温上升是由类似Kondo的散射驱动的。 最重要的是,NiFe2O4/{\gamma }-Al2O3/SrTiO3 在低温下表现为磁性二极管,其整流性能随着磁场强度的增加显著提高,在低温下产生强大的磁电整流效应,这为开发能够实现高效自旋-电荷转换的全氧化物异质结构提供了第一步。
摘要: We present the synthesis and study of the magnetic and electronic properties of NiFe2O4/{\gamma}-Al2O3/SrTiO3 heterostructure. The {\gamma}-Al2O3/SrTiO3 interface hosts a high-mobility two-dimensional electron gas (2DEG) with large spin-orbit coupling, making it promising for spintronics applications if it can be coupled to a suitable source of spin currents. Here, we synthesize a ferrimagnetic insulating NiFe2O4(001) layer on {\gamma}-Al2O3(001)/SrTiO3(001) using a low-temperature reactive sputtering at 150 deg C without compromising the mobility and charge carrier density of the 2DEG at the {\gamma}-Al2O3(001)/SrTiO3(001) interface. The sheet resistance of both {\gamma}-Al2O3/SrTiO3 and NiFe2O4/{\gamma}-Al2O3/SrTiO3 exhibits metallic behavior down to cryogenic temperatures, with a low temperature upturn driven by the Kondo-like scattering. Most importantly, NiFe2O4/{\gamma}-Al2O3/SrTiO3 behaves as a magnetic diode at low temperatures, and its rectification performance increases significantly with increasing magnetic field strength giving rise to a robust magneto-electronic rectification effect at low temperatures, which provides a first step towards the development of all-oxide heterostructures capable of efficient spin-charge conversion.
评论: 28页,5图
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:2508.20710 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2508.20710v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.20710
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Amit Chanda [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 8 月 28 日 12:29:03 UTC (1,452 KB)
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