Deciphering Interfacial Dzyaloshinskii–Moriya Interaction in Transition-Metal Dichalcogenide/Permalloy Heterostructures by Brillouin Light Scattering and First-Principles Calculations

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作者
Sreya Pal,Md. Nur Hasan,Himanshu Bangar,Nastaran Salehi,S. Mathur,Manuel Pereiro,Patrik Thunström,P. K. Muduli,Debjani Karmakar,Anjan Barman
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (26): 23564-23574
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c17187
摘要

Development of energy-efficient spintronics demands spin-orbit effects and chiral spin textures. The latter requires the Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI) and its interplay with Heisenberg exchange. Understanding the relative strengths of Heisenberg exchange and interfacial DMI (iDMI) and its scaling with spin-orbit coupling (SOC) is key to stabilizing chiral spin textures in nonmagnet/ferromagnet heterostructures. Here, Brillouin light scattering (BLS) spectroscopy is employed to determine the iDMI and Heisenberg exchange stiffness constants for large-area chemical vapor-deposited monolayer two-dimensional (2D) transition-metal dichalcogenides (TMDs) (MoS2, MoSe2, WS2, and WSe2) interfaced with permalloy (Py) thin films. Both symmetric and antisymmetric exchange interactions exhibited a nearly identical dependence on SOC strength for all four interfaces. The origin of the interfacial exchange interaction is underpinned with the help of first-principles-based analysis of TMD/Py interfaces, in which the theoretically calculated intersite exchange parameters and the respective adiabatic magnon spectra reproduce the experimental trend. This study deciphers the origin of iDMI in TMD/ferromagnet heterostructures and their quantification by BLS, highlighting a possible route for the stabilization of chiral spin textures in such systems.
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