扭轉物理學是量子物理學的一個新領域，它透過堆疊范德華材料來探索新的量子現象。普渡大學的研究人員將量子自旋引入反鐵磁體的扭曲雙層材料，從而產生了可調摩爾紋磁性，推動了這一領域的發展。這項突破提出了用於自旋電子學的新材料，並有望推動記憶體和自旋邏輯裝置的發展。

普渡大學量子研究人員扭轉反鐵磁體的雙層膜，展示了可調式摩爾紋磁性。扭轉技術並不是一種新的舞蹈動作、健身器材或新的音樂時尚，它比這些都酷得多。它是量子物理學和材料科學領域一個令人興奮的新發展，范德華材料被層層堆疊在一起，就像捲筒紙一樣，在保持平整的同時可以輕鬆地扭曲和旋轉，量子物理學家利用這些堆疊發現了有趣的量子現象。

量子物理學家利用這些疊層發現了有趣的量子現象。將量子自旋的概念與反鐵磁體的扭曲雙層疊層結合，就有可能產生可調的摩爾紋磁性。這為雙電子學的下一步–自旋電子學提供了一類新的材料平台。這門新科學可能會帶來前景看好的記憶體和自旋邏輯裝置，為物理學界開闢一條全新的自旋電子應用之路。

透過扭轉范德瓦耳斯磁體，可以產生非共線磁態，並具有顯著的電可調性。來源：第二灣工作室，Ryan Allen

普渡大學的一個量子物理和材料研究團隊利用層間反鐵磁耦合范德華（vdW）材料CrI3 作為媒介，引入了控制自旋自由度的扭轉技術。他們在《自然-電子學》（Nature Electronics）上發表了題為”三碘化鉻扭曲雙雙層中的電可調摩爾紋磁性”的研究成果。

“在這項研究中，我們製造了扭曲的雙雙層三氧化鉻，即雙層和雙層之間有一個扭曲角，”該論文的共同第一作者Guanghui Cheng 博士說。”我們報告了具有豐富磁相的摩爾紋磁性，並通過電學方法實現了顯著的可調性。”

扭曲雙雙層（tDB）CrI3 的摩爾超晶格結構及其透過磁光-克爾效應（MOKE）偵測到的磁性行為。上圖a 部分顯示了透過層間扭轉製造的摩爾超晶格示意圖。下圖：非共線磁態可能出現。上圖b 部分顯示的MOKE 結果表明，與天然反鐵磁雙層CrI3 中的反鐵磁階次相比，”摩爾磁”tDB CrI3 中同時存在反鐵磁（AFM）和鐵磁（FM）階次。圖片來源：插圖：Guanghui Cheng 和Yong P. Chen

“我們把一個反鐵磁體堆疊並扭曲到自己身上，然後就得到了一個鐵磁體，”Cheng說。”這也是最近在扭曲的二維材料中出現的’扭曲’或摩爾磁性領域的一個突出例子，兩層材料之間的扭曲角度提供了一個強大的調諧旋鈕，極大地改變了材料的特性。”

“為了製造扭曲的雙層CrI3，我們使用所謂的撕疊技術，撕開雙層CrI3的一部分，旋轉並堆疊到另一部分上，”Cheng解釋說。”透過磁光克爾效應（MOKE）測量，我們觀察到鐵磁和反鐵磁階次共存，這是摩爾紋磁性的標誌，並進一步證明了電壓輔助磁性開關。這種摩爾紋磁性是一種新的磁性形式，具有空間變化的鐵磁性和反鐵磁性相，根據摩爾紋超晶格週期性地交替變化。”

迄今為止，扭曲電子學主要著重於調製電子特性，例如扭曲雙層石墨烯。普渡大學團隊希望將扭曲引入自旋自由度，並選擇使用層間反鐵磁耦合vdW 材料CrI3。透過製造具有不同扭曲角度的樣品，堆疊反鐵磁體扭轉成自身的結果成為可能。換句話說，一旦製作完成，每個裝置的扭轉角度就會固定下來，然後再進行MOKE 測量。

Upadhyaya 及其團隊對此實驗進行了理論計算。這為Cheng博士團隊的觀測結果提供了有力的支持。他說：”我們的理論計算揭示了豐富的相圖，包括TA-1DW、TA-2DW、TS-2DW、TS-4DW等非共軛相。”

這項研究與Cheng團隊正在進行的一項研究不謀而合。在這項工作之前，該團隊最近發表了幾篇與”二維磁鐵”的新物理和特性有關的論文，如最近發表在《自然-通訊》上的《二維反鐵磁體異質結構中電場可調的界面鐵磁性的出現》（Emergence of electric-field-tunable interfacial ferromagnetism in 2D antiferromagnet heterostructures）。這一研究方向在雙電子學和自旋電子學領域具有令人興奮的可能性。

Cheng說：”所發現的莫里哀磁鐵為自旋電子學和磁電子學提供了一類新的材料平台。觀察到的電壓輔助磁開關和磁電效應可能會帶來前景廣闊的記憶體和自旋邏輯元件。作為一種新的自由度，扭轉可適用於vdW磁體的各種同/異層，為追求新的物理學以及自旋電子學應用開闢了機會”。

編譯來源：ScitechDaily