journal article·2024

Mapping the phase-separated state in a 2D magnet

Hinrich Mattiat, Lukas Schneider, Patrick Reiser, Martino Poggio, Pardis Sahafi, Andrew Jordan, Raffi Budakian, Dmitry V. Averyanov, Ivan S. Sokolov, Alexander N. Taldenkov, Oleg E. Parfenov, Oleg A. Kondratev, Andrey M. Tokmachev, Vyacheslav G. Storchak

Nanoscale· Volume 16· Issue 10
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Abstract

Intrinsic 2D magnets have recently been established as a playground for studies on fundamentals of magnetism, quantum phases, and spintronic applications. The inherent instability at low dimensionality often results in coexistence and/or competition of different magnetic orders. Such instability of magnetic ordering may manifest itself as phase-separated states. In 4f 2D materials, magnetic phase separation is expressed in various experiments; however, the experimental evidence is circumstantial. Here, we employ a high-sensitivity MFM technique to probe the spatial distribution of magnetic states in the paradigmatic 4f 2D ferromagnet EuGe2. Below the ferromagnetic transition temperature, we discover the phase-separated state and follow its evolution with temperature and magnetic field. The characteristic length-scale of magnetic domains amounts to hundreds of nanometers. These observations strongly shape our understanding of the magnetic states in 2D materials at the monolayer limit and contribute to engineering of ultra-compact spintronics.
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Research context

OpenAlex topics: 2D Materials and Applications · Physics of Superconductivity and Magnetism · Multiferroics and related materials

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

Affiliations

Department of Physics & Swiss Nanoscience Institute, University of Basel, 4056 Basel, Switzerland

Department of Physics and Astronomy & Institute for Quantum Computing, University of Waterloo, Waterloo, ON N2L 3G1, Canada

National Research Center “Kurchatov Institute”, Kurchatov Sq. 1, 123182 Moscow, Russia

Funding

Russian Science Foundation · Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung · Swiss Nanoscience Institute · Army Research Office · Canada First Research Excellence Fund · Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada · University of Waterloo · National Research Center "Kurchatov Institute

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