Giant Anisotropic Magnetoresistance in Few-Layer α-RuCl3 Tunnel Junctions

凝聚态物理 反铁磁性 磁电阻 材料科学 堆积 范德瓦尔斯力 量子隧道 各向异性 磁场 物理 核磁共振 量子力学 分子
作者
Mathieu Massicotte,Sam Dehlavi,Xiaoyu Liu,James L. Hart,Elio Garnaoui,Paula Lampen-Kelley,Jiaqiang Yan,David Mandrus,S. E. Nagler,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Bertrand Reulet,J. Judy,Hae‐Young Kee,J. A. Quilliam
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (36): 25118-25127 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c06937
摘要

The spin-orbit-assisted Mott insulator α-RuCl3 is proximate to the coveted quantum spin liquid (QSL) predicted by the Kitaev model. In the search for the pure Kitaev QSL, reducing the dimensionality of this frustrated magnet by exfoliation has been proposed as a way to enhance magnetic fluctuations and Kitaev interactions. Here, we perform angle-dependent tunneling magnetoresistance (TMR) measurements on ultrathin α-RuCl3 crystals with various layer numbers to probe their magnetic, electronic, and crystal structures. We observe a giant change in resistance, as large as ∼2500%, when the magnetic field rotates either within or out of the α-RuCl3 plane, a manifestation of the strongly anisotropic spin interactions in this material. In combination with scanning transmission electron microscopy, this tunneling anisotropic magnetoresistance (TAMR) reveals that few-layer α-RuCl3 crystals remain in the high-temperature monoclinic phase at low temperatures. It also shows the presence of a zigzag antiferromagnetic order below the critical temperature TN ≃ 14 K, which is twice the one typically observed in bulk samples with rhombohedral stacking. Our work offers valuable insights into the relation between the stacking order and magnetic properties of this material, which helps lay the groundwork for creating and electrically probing exotic magnetic phases such as QSLs via van der Waals engineering.
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