Sign-tunable exchange bias effect in proton-intercalated Fe3GaTe2 nanoflakes

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作者
Chunsheng Wang,Jie Wang,Wenqiang Xie,Gaojie Zhang,Hao Wu,Jianhui Zhou,Xiangde Zhu,Wei Ning,Guopeng Wang,Cheng Tan,Lan Wang,Haifeng Du,Yu‐Jun Zhao,Haixin Chang,Guolin Zheng,W. T. Geng,Mingliang Tian
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:107 (14) 被引量:15
标识
DOI:10.1103/physrevb.107.l140409
摘要

The exchange-bias (EB) effect, usually arising in ferromagnetic (FM)-antiferromagnetic (AFM) interfaces with uniaxial magnetic anisotropy, holds high potentials in spintronic applications. Here, we report both field-cooling and zero-field cooling EB effects with a maximal EB field $|{H}_{EB}|$ reaches up to 3859 Oe in above-room-temperature van der Waals (vdW) ferromagnet ${\mathrm{Fe}}_{3}\mathrm{Ga}{\mathrm{Te}}_{2}$ nanoflakes at low temperatures. The observed intrinsic EB effects can be largely tuned via the gate-induced proton intercalation. Moreover, we observe an unusual sign-tunable EB effect under different gate voltages after $\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}2\phantom{\rule{4pt}{0ex}}\mathrm{T}$ field cooling, leading to a crossover between positive and negative EB effects. Theoretical analysis based on density functional theory indicates that the magnetic coupling at the FM/AFM interface in proton-intercalated ${\mathrm{Fe}}_{3}\mathrm{Ga}{\mathrm{Te}}_{2}$ is highly controllable and can be tuned to be FMI-1 $(\ensuremath{\uparrow}/\ensuremath{\downarrow}\ensuremath{\uparrow}$, positive EB) or FMI-2 ($\ensuremath{\downarrow}/\ensuremath{\downarrow}\ensuremath{\uparrow}$, negative EB) magnetic configurations, depending on different H-absorption sites. Our experiments offer a knob to control the sign of EB effects and further open opportunities for more applicable spintronic devices in high-temperature vdW ferromagnets.
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