近来，北京航空航天大学集成电路科学与工程学院赵巍胜教授和聂天晓教授团队在室温二维磁性自旋轨迹矩范畴取得重要发展。团队使用分子束外延办法成功制备了高质量全二维异质结Bi2Te3/Fe3GeTe2，并完成了室温下的自旋轨迹矩（SOT）驱动的磁化翻转，SOT功率到达2.69，翻转电流密度为2.2×106 A/cm2。其间拓扑绝缘体Bi2Te3不只提高了磁性层Fe3GeTe2 (FGT)的居里温度，还可作为自旋电流源经过界面交流耦合使FGT完成磁化翻转。此作业成功完成了室温下全二维系统的SOT磁化翻转，为完成室温全二维范德华自旋电子器材的使用奠定了根底。2023年8月24日，相关研讨成果以“Room temperature energy-efficient spin-orbit torque switching in two-dimensional van der Waals Fe3GeTe2 induced by topological insulators”为题在线宣布于《天然·通讯》（Nature Communications）期刊。
磁随机存储器（MRAM）因其具有非易失性、高密度和低功耗等长处而成为处理传统半导体存储器功能瓶颈的代替方案。比较自旋搬运矩（STT）写入办法，自旋轨迹矩（SOT）写入办法不会损坏隧穿层，且能轻松完成更快的操作速度、更好的耐久性和更高的能效。因而，SOT驱动磁化翻转的写入办法将成为下一代MRAM的首要写入办法。二维磁性资料兼具二维资料高集成度和自旋电子资料低功耗的长处，因而构筑新式的二维SOT-MRAM器材，有望打破“尺度微缩”和“功耗墙”两大瓶颈，完成更高功能的新式存储器材。
因为维度效应的约束，二维磁性资料难以在较高温度下保持其铁磁性，研讨标明，能够终究靠界面效应等办法将二维磁性资料FGT的居里温度提高到室温以上，因而FGT成为探究二维系统中SOT驱动磁化翻转的抱负资料之一。已有研讨人员使用Pt作为自旋电流源完成了FGT的SOT驱动磁化翻转，然而其作业时分的温度都低于室温（200 K）。此外，全范德华异质结构能够给我们供给高自旋透过率以此来完成更高的SOT功率。因而，火急地需求构建能在室温下完成低功耗SOT翻转的全范德华异质结构，以满意未来的二维自旋电子器材的使用。
为了处理这一难题，研讨团队使用分子束外延办法成功制备了高质量晶圆级全范德华异质结Bi2Te3/Fe3GeTe2，并经过表征其磁学和电学特性证明了拓扑绝缘体Bi2Te3能够经过附近效应将磁性层FGT的居里温度提高到室温以上，这为进一步研讨全二维系统的室温SOT翻转奠定了根底。
进一步地，根据以上具有室温磁性的全范德华异质结构，研讨团队成功完成了室温下电流驱动的SOT翻转，并经过二次谐波测验得到室温下SOT功率值高达0.7，且跟着拓扑绝缘体Bi2Te3厚度的减小，进一步提升至2.69。经过温度依赖性试验提醒了该异质结构高的自旋电荷转化功率首要归因于全范德华结构界面高的自旋透过率及非平凡拓扑态。在Bi2Te3/Fe3GeTe2异质结构中完成室温SOT翻转为未来完成室温全二维范德华自旋电子器材奠定了重要根底。
北航集成电路科学与工程学院博士生王海宇、助理教授张婕、加州大学洛杉矶分校吴昊为本论文的榜首作者，赵巍胜教授、聂天晓教授为论文一起通讯作者。其他协作者还包含诺贝尔物理学奖取得者、巴黎萨克雷大学Albert Fert教授，加州大学洛杉矶分校Kang L. Wang教授等。该作业取得国家重点研制方案、国家天然科学基金等支撑。
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