Filmes finos magnéticos de NiFe compondo nanoestruturas de MoS2 para aplicação em spintrônica

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 9809 (2022) Citar este artigo

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Demonstramos uma camada de nanoestrutura feita de nanoflocos de MoS2 conjugados com película fina de Ni80Fe20 (permalloy:Py). As camadas são feitas com base em uma codeposição de etapa única de Py e MoS2 a partir de uma única solução onde os flocos iônicos de Ni e Fe e MoS2 coexistem. Filmes finos sintetizados com flocos de MoS2 mostram aumento da coercividade e aumento do efeito Kerr magneto-óptico. A largura da linha de ressonância ferromagnética, bem como o parâmetro de amortecimento, aumentaram significativamente em comparação com a camada de Py devido à presença de MoS2. A espectroscopia Raman e o mapeamento elementar são usados ​​para mostrar a qualidade do MoS2 dentro do filme fino Py. Nosso método de síntese promete novas oportunidades para a produção eletroquímica de dispositivos funcionais baseados em spintrônica.

Recentes conquistas promissoras em spintrônica, especialmente em filmes finos magnéticos conjugados com materiais bidimensionais (2D), tornaram este tópico interessante para estudos fundamentais para explorar seu importante papel nos futuros dispositivos de memória e computação baseados em spintrônica1,2,3,4,5 . O núcleo que deriva do fenômeno fundamental em tais estruturas é a interação spin-órbita (SOI)6,7. Para se beneficiar do SOI em dispositivos spintrônicos, materiais com alto acoplamento spin-órbita (SOC), principalmente metais pesados ​​como Pt e Ta8 são usados ​​em dispositivos em contato com filmes finos magnéticos. Além disso, devido aos recentes desenvolvimentos no campo de materiais 2D, um foco especial é colocado na implementação de materiais 2D com suas propriedades intrigantes, em vez dos metais pesados9,10 com alto SOC. Muitos estudos demonstraram o uso bem-sucedido de dicalcogenetos de metais de transição (TMDCs) em contato com filmes finos ferromagnéticos para aumentar o SOI, induzir anisotropia de superfície, etc.11,12. Recentemente, demonstramos que a anisotropia magnética pode ser ajustada por MoS2 na superfície de filmes finos de Py13 e também previmos que a anisotropia interfacial pode ser alterada em Co/black-phosphorene14. Aqui, demonstramos alternativamente as propriedades magnéticas da mudança de Ni80Fe20 pela modalidade de flocos finos de MoS2. Isso mostra que todo o filme fino ferromagnético único possui propriedades magnéticas intrínsecas induzidas por SOC.

A fabricação de filmes finos para dispositivos de spintrônica com base em técnicas físicas como sputtering e evaporação térmica tem mostrado o melhor desempenho15,16. Além disso, o método de eletrodeposição tem se mostrado muito promissor na produção de válvulas de spin com número muito elevado de repetições de camada (acima de 100 camadas repetidas17) e também nanofios funcionais para dispositivos caloritrônicos de spin18,19,20. Embora deva ser mencionado que a eletrodeposição não tem a capacidade de fornecer filmes ultrafinos sem vazios ou fazer multicamadas de diversos tipos de materiais em um único crescimento21. A implementação de materiais 2D em contato com filmes finos ferromagnéticos tem sido desafiadora22,23 e tais estruturas são feitas por transferência das camadas 2D as-made nas camadas ferromagnéticas24. Além de seu método de fabricação em várias etapas, os contatos dos materiais são ruins, o que até agora limita sua reprodutibilidade e escalabilidade25. Portanto, é necessário desenvolver um novo método de fabricação para fazer heteroestrutura de materiais 2D/camadas ferromagnéticas para alcançar maior rendimento e funcionalidade.

Neste trabalho, utilizamos o método de eletrodeposição para a fabricação de filmes magnéticos de Py e apresentamos a co-eletrodeposição de flocos finos de MoS2 com elementos iônicos da solução. A espectroscopia Raman indica a incorporação bem-sucedida de flocos finos de MoS2 dentro do filme magnético crescido. As propriedades magnéticas da camada com flocos de MoS2 mostram diferenças proeminentes com a camada ferromagnética nua, incluindo maior coercividade magnética e parâmetro de amortecimento que estão diretamente relacionados ao aumento do SOC do meio. Nossos resultados indicam que nosso método de fabricação resultou em uma boa proximidade entre o MoS2 e o material magnético para induzir SOC no ferroímã. Nosso método tem a possibilidade de ser utilizado para crescimento de gradientes ou multicamadas do material investigado através do controle das condições de crescimento como tensão/corrente de crescimento aplicada.