journal article·2024-10-01Open access

Spintronics with two-dimensional materials and van der Waals heterostructures

Stephan Roche, Bart van Wees, Kevin Garello, Sergio O Valenzuela

2D Materials· Volume 11· Issue 4

Abstract

Abstract We briefly summarize more than fifteen years of intense research in 2D materials (2DM)-based spintronics, which has led to an in-depth understanding of fundamental spin transport mechanisms, novel functionalities in magnetic tunnel junctions and spin orbit torque devices, and the formidable and unprecedented capability of proximity effects to make graphene a spin active material. Although the portfolio of functional 2DM-based devices and related heterostructures is continuously increasing, we outline key technological challenges that are still impeding practical spintronic applications in spin-logics and non-volatile memory technologies. We conclude by mentioning current and future directions which will maintain the momentum of the field of ultracompact spintronics based on 2DM and van der Waals heterostructures.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: 2D Materials and Applications · Graphene research and applications · Ferroelectric and Negative Capacitance Devices

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

References (68)

Show source-provided references
1. Tombros · Nature · 2007 · 448 · 57110.1038/nature06037 ↗
2. Drögeler · Nano Lett. · 2014 · 14 · 605010.1021/nl501278c ↗
3. Guimar aes · Phys. Rev. Lett. · 2014 · 11310.1103/PhysRevLett.113.086602 ↗
4. Roche · 2D Mater. · 2015 · 210.1088/2053-1583/2/3/030202 ↗
5. Tuan · Nat. Phys. · 2014 · 10 · 85710.1038/nphys3083 ↗
6. Van Tuan · Sci. Rep. · 2016 · 610.1038/srep21046 ↗
7. Cummings · Phys. Rev. Lett. · 2016 · 11610.1103/PhysRevLett.116.086602 ↗
8. Romeral · Phys. Rev. B · 2024 · 10910.1103/PhysRevB.109.174313 ↗
9. Cummings · Nano Lett. · 2019 · 19 · 741810.1021/acs.nanolett.9b03112 ↗
10. Gebeyehu · 2D Mater. · 2019 · 610.1088/2053-1583/ab1874 ↗
11. Yang · Phys. Rev. Lett. · 2013 · 11010.1103/PhysRevLett.110.046603 ↗
12. Hallal · 2D Mater. · 2017 · 410.1088/2053-1583/aa6663 ↗
13. Ghiasi · Nat. Nanotechnol. · 2021 · 16 · 78810.1038/s41565-021-00887-3 ↗
14. Lopes · 2D Mater. · 2021 · 810.1088/2053-1583/ac171d ↗
15. Ribeiro · npj 2D Mater. Appl. · 2022 · 6 · 1010.1038/s41699-022-00285-w ↗
16. Lv · Small · 2023 · 1910.1002/smll.202302387 ↗
17. Tseng · Nano Lett. · 2022 · 22 · 849510.1021/acs.nanolett.2c02931 ↗
18. Cummings · Phys. Rev. Lett. · 2017 · 11910.1103/PhysRevLett.119.206601 ↗
19. Ghiasi · Nano Lett. · 2017 · 17 · 752810.1021/acs.nanolett.7b03460 ↗
20. Benítez · Nat. Phys. · 2018 · 14 · 30310.1038/s41567-017-0019-2 ↗
21. Garcia · Nano Lett. · 2017 · 17 · 507810.1021/acs.nanolett.7b02364 ↗
22. Garcia · Chem. Soc. Rev. · 2018 · 47 · 335910.1039/C7CS00864C ↗
23. Safeer · Nano Lett. · 2019 · 19 · 107410.1021/acs.nanolett.8b04368 ↗
24. Ghiasi · Nano Lett. · 2019 · 19 · 595910.1021/acs.nanolett.9b01611 ↗
25. Benítez · Nat. Mater. · 2020 · 19 · 17010.1038/s41563-019-0575-1 ↗
26. Yan · Nat. Commun. · 2016 · 710.1038/ncomms13372 ↗
27. Dankert · Nat. Commun. · 2017 · 810.1038/ncomms16093 ↗
28. Khokhriakov · Phys. Rev. Appl. · 2022 · 1810.1103/PhysRevApplied.18.064063 ↗
29. Zollner · Phys. Rev. B · 2019 · 10010.1103/PhysRevB.100.085128 ↗
30. Sierra · Nat. Nanotechnol. · 2021 · 16 · 85610.1038/s41565-021-00936-x ↗
31. Pezo · 2D Mater. · 2021 · 910.1088/2053-1583/ac3378 ↗
32. Zollner · Phys. Rev. Res. · 2020 · 210.1103/PhysRevResearch.2.043057 ↗
33. Dueñas · Phys. Rev. Lett. · 2024 · 13210.1103/PhysRevLett.132.266301 ↗
34. Spin-orbit torque emerging from orbital textures in centrosymmetric materials
35. Giant spin-orbit torque in cr-based janus transition metal dichalcogenides
36. Hidding · J. Phys. Mater. · 2021 · 4 · 04LT0110.1088/2515-7639/ac24ee ↗
37. Tian · 2021 · 310.3389/fnano.2021.732916 ↗
38. Figueiredo-Prestes · Phys. Rev. Appl. · 2023 · 1910.1103/PhysRevApplied.19.014012 ↗
39. Guillet · Nano Lett. · 2024 · 24 · 82210.1021/acs.nanolett.3c03291 ↗
40. Kao · Nat. Mater. · 2022 · 21 · 102910.1038/s41563-022-01275-5 ↗
41. Wei · Appl. Phys. Lett. · 2023 · 12310.1063/5.0185559 ↗
42. Marfoua · Mater. Today Phys. · 2024 · 4210.1016/j.mtphys.2024.101378 ↗
43. Wang · Nat. Mater. · 2024 · 23 · 76810.1038/s41563-023-01774-z ↗
44. Zhang · Sci. Adv. · 2023 · 9 · eadg981910.1126/sciadv.adg9819 ↗
45. Bainsla · Nat. Commun. · 2024 · 15 · 464910.1038/s41467-024-48872-3 ↗
46. Yang · Nature · 2022 · 606 · 66310.1038/s41586-022-04768-0 ↗
47. Gibertini · Nat. Nanotechnol. · 2019 · 14 · 40810.1038/s41565-019-0438-6 ↗
48. Esteras · Nano Lett. · 2022 · 22 · 877110.1021/acs.nanolett.2c02863 ↗
49. de Wal · Phys. Rev. B · 2023 · 10710.1103/PhysRevB.107.L180403 ↗
50. Seyler · Nano Lett. · 2018 · 18 · 382310.1021/acs.nanolett.8b01105 ↗
51. Wu · Nat. Commun. · 2019 · 10 · 237110.1038/s41467-019-10325-7 ↗
52. Kang · Nature · 2020 · 583 · 78510.1038/s41586-020-2520-5 ↗
53. Bae · Nature · 2022 · 609 · 28210.1038/s41586-022-05024-1 ↗
54. Luo · Nano Lett. · 2017 · 17 · 387710.1021/acs.nanolett.7b01393 ↗
55. Avsar · ACS Nano · 2017 · 11 · 1167810.1021/acsnano.7b06800 ↗
56. Wang · ACS Nano · 2022 · 16 · 696010.1021/acsnano.1c09150 ↗
57. Šmejkal · Phys. Rev. X · 2022 · 1210.1103/PhysRevX.12.040501 ↗
58. Two-dimensional altermagnets from high throughput computational screening: symmetry requirements, chiral magnons and spin-orbit effects10.1063/5.0198285 ↗
59. Ibrahim · 2D Mater. · 2019 · 710.1088/2053-1583/ab5319 ↗
60. Cao · Phys. Rev. B · 2022 · 10510.1103/PhysRevB.105.165302 ↗
61. Shao · Phys. Rev. B · 2022 · 10510.1103/PhysRevB.105.174404 ↗
62. Fan · Phys. Rep. · 2021 · 903 · 110.1016/j.physrep.2020.12.001 ↗
63. Canonico · Phys. Rev. Lett. · 2019 · 12210.1103/PhysRevLett.122.196601 ↗
64. Pezo · Phys. Rev. B · 2023 · 10810.1103/PhysRevB.108.075427 ↗
65. Garcia · Phys. Rev. Lett. · 2020 · 12510.1103/PhysRevLett.125.256603 ↗
66. Garcia · Phys. Rev. B · 2022 · 10610.1103/PhysRevB.106.L161410 ↗
67. Kurebayashi · Nat. Rev. Phys. · 2022 · 4 · 15010.1038/s42254-021-00403-5 ↗
68. Ngaloy · ACS Nano · 2024 · 18 · 524010.1021/acsnano.3c07462 ↗