Kai-Xuan Zhang ва ҳамкоронаш ба таври таҷрибавӣ нишон доданд, ки киролияти топологии спин дар антиферромагнити van der Waals Co₁/₃TaS₂ танҳо бо ҷараёни барқ байни ду ҳолати муқобил гузаронида мешавад. Co₁/₃TaS₂ дар noncoplanar tetrahedral 3Q antiferromagnetic spin structure сохтори атомӣ бо scalar spin chirality-и ҳамаломат эҷод мекунад; ин chirality real-space Berry phase ва topological Hall response-и электронҳоро муайян мекунад. Муҳаққиқон дар Co₁/₃TaS₂ nanodevices, ки бе separate heavy-metal spin-current layer сохта шудаанд, бе external magnetic field бо writing-current pulses Hall resistance-ро байни ду stable level ба таври reversible тағйир доданд. Дар device-и аввал switching тақрибан дар 2,4–2,7 mA анҷом ёфта, critical current density тақрибан 1,8 × 10⁶ A/cm² буд ва effect дар device-и дуюми ҷудогона низ такрор шуд. Current switching танҳо поёнтар аз Néel temperature-и тақрибан 25 K дида шуд ва дар 40 K нопадид гардид; ин temperature dependence робитаи effect-ро бо antiferromagnetic spin order дастгирӣ мекунад. Муаллифон mechanism-ро бо intrinsic self-spin-orbit torque, ки бо broken crystal symmetries ва Berry curvature-и Co₁/₃TaS₂ алоқаманд аст, шарҳ медиҳанд. Бо вуҷуди ин, spin chirality ҳангоми switching бо direct magnetic imaging пайгирӣ нашуда, state аз Hall response хонда шуд ва experiment бо cryogenic temperatures маҳдуд монд.

Аз назари Туркия, таҳқиқот натиҷаи мустақими technological ё industrial product надорад. Бо вуҷуди ин, барои quantum materials, antiferromagnetic spintronics ва low-energy memory research намунаи муҳими methodological пешниҳод мекунад: complex topological antiferromagnetic spin texture метавонад бе external magnetic field ё separate SOT-generating layer electrically controlled шавад. Барои табдили ин ба real device technology бояд operating temperature хеле баландтар, switching current пасттар, long-term cycling endurance, switching speed, bit-to-bit reproducibility ва scalable manufacturing алоҳида ҳал шаванд.

Spin chirality чист?

Spin chirality на танҳо direction-и spin-ҳоро дар magnetic structure, балки “handedness”-и сеандозаи онҳоро нисбат ба ҳам тавсиф мекунад. Дар classical model-и noncoplanar three-spin scalar spin chirality чунин ифода мешавад:

\[ \chi=\langle \mathbf{S}_1\cdot(\mathbf{S}_2\times\mathbf{S}_3)\rangle \]

.

Дар ин ҷо \(\mathbf{S}_1\), \(\mathbf{S}_2\) ва \(\mathbf{S}_3\) three spin vectors дар triangular plaquette мебошанд. Агар се spin дар як plane набошанд, vector triple product метавонад nonzero бошад ва system positive ё negative chirality дошта бошад.

Ин quantity танҳо geometric description нест. Вақте electron аз чунин noncoplanar spin structure мегузарад, wave function метавонад real-space Berry phase-и иловагӣ гирад. Барои electron ин phase метавонад ҳамчун effective ё emergent magnetic field — яъне gauge flux — амал кунад.

Ин emergent field метавонад electron motion-ро sideways deflect карда, topological Hall effect-ро ҷудо аз normal ва anomalous Hall contributions ба вуҷуд оварад.

Чаро sign-и chirality муҳим аст?

Вақте ҳамаи се spin таҳти time reversal баргардонда мешаванд:

\[ \mathbf{S}_i \rightarrow -\mathbf{S}_i \]

мешавад ва sign-и scalar chirality ҳам баръакс мешавад:

\[ \chi \rightarrow -\chi \]

Ҳамзамон direction-и emergent gauge flux-и вобаста ба chirality низ баръакс мешавад. Аз ин рӯ, ду time-reversed spin configurations метавонанд дар principle ду magnetic state-и ҷудогона бошанд, ки topological information-ро намояндагӣ кунанд.

Идеяи асосии таҳқиқот маҳз switching-и барқии ин ду state ба пеш ва ақиб мебошад.

Figure 1 чиро нишон медиҳад?

First main schematic-и таҳқиқот ду opposite chirality state-ро тавассути triangular three-spin structure нишон медиҳад. Вақте spin directions баръакс мешаванд, chirality sign ва gauge flux-и вобаста низ баръакс мешаванд.

Current circuits дар қисми боло ва поёни schematic control mechanism-и ҳадафгирифтаи муаллифонро нишон медиҳанд: бо тағйири current direction spin structure ва аз ин рӯ topological chirality байни ду state electrically switched мешавад.

Ин figure direct experimental data нест; physical control concept-ро муайян мекунад, ки таҳқиқот баъдан test кардааст.

Чаро Co₁/₃TaS₂ интихоб шуд?

Co₁/₃TaS₂ чанд хусусиятро дар як material муттаҳид мекунад:

• van der Waals layered crystal structure,
• metallic antiferromagnetism,
• crystal geometry бо broken inversion ва mirror symmetries,
• strong Berry curvature вобаста ба topological electronic bands,
• noncoplanar tetrahedral 3Q spin order,
• measurable topological Hall response.

Ҷойгиршавии Co atoms дар van der Waals gap байни TaS₂ layers centrosymmetric structure-и pristine 2H-TaS₂-ро тағйир дода, дар Co₁/₃TaS₂ non-centrosymmetric crystal structure бо removed mirror symmetries ба вуҷуд меорад.

Муаллифон мегӯянд, ки ин symmetry breaking барои generation-и spin-orbit torque бо electric current муҳим аст.

3Q state чист?

Topological antiferromagnetic structure дар Co₁/₃TaS₂ на бо як spin modulation, балки бо superposition-и three different wave vectors тавсиф мешавад:

\[ Q_1=(1/2,0,0) \]

\[ Q_2=(0,1/2,0) \]

\[ Q_3=(1/2,-1/2,0) \]

Аз ин рӯ structure 3Q state номида мешавад.

Дар four-spin tetrahedral fundamental structure-и бадастомада ду triangular spin cell мавҷуд аст ва ҳар ду scalar chirality-и ҳамаломат доранд. Аз ин рӯ chirality дар crystal cancel намешавад; net topological gauge flux ва strong Hall response метавонанд ба вуҷуд оянд.

Паёми асосии Figure 2 чист?

Figure 2 чор нуқтаи муҳимро якҷо мекунад:

1. Crystal structure бо Co atoms байни TaS₂ layers.
2. Triangular spin cells бо chirality-и ҳамаломат дар tetrahedral 3Q spin structure.
3. Positive ва negative chirality states, ки time-reversed pair мебошанд.
4. Hysteresis дар topological Hall resistance ҳангоми sweep-и external magnetic field.

Observation-и охир reference мебошад, ки нишон медиҳад ду chirality state пеш аз истифодаи electric current бо magnetic field ба ҳам табдил дода мешаванд.

Чаро истифодаи antiferromagnet ҷолиб аст?

Дар antiferromagnets қисми зиёди neighboring magnetic moments ҳамдигарро compensate мекунанд, бинобар ин net magnetization метавонад хеле хурд ё наздик ба zero бошад. Ин хусусият барои spintronics аз ҷиҳати low stray field, high information density ва fast spin dynamics ҷолиб аст.

Аммо ҳамин хусусият control-и antiferromagnetic spin states бо external magnetic fields-ро низ душвор мекунад. Structure дар Co₁/₃TaS₂ ҳам simple two-sublattice antiferromagnet нест, балки four-spin complex topological 3Q texture мебошад.

Аз ин рӯ, ҷанбаи муҳими таҳқиқот танҳо натиҷаи “магнит бо current flip шуд” нест, балки electrically switching шудани complex topological antiferromagnetic chirality мебошад.

Spin-orbit torque чӣ гуна кор мекунад?

Дар classical spin-orbit torque ё SOT architecture charge current тавассути heavy-metal layer аз тариқи spin Hall effect spin current тавлид мекунад. Ин spin current ба adjacent magnetic layer ворид шуда, ба magnetic moment torque мерасонад.

Дар experiment-и Co₁/₃TaS₂ чунин separate spin-source heavy-metal layer истифода нашудааст. Муаллифон torque-и аз electric current дар electronic structure-и худи material тавлидшударо intrinsic self-SOT меноманд.

Мувофиқи physical picture-и пешниҳодшуда, non-centrosymmetric structure, broken mirror symmetries ва Berry curvature-и Co₁/₃TaS₂ generation-и spin angular momentum дар дохили material бо electric current-ро имкон медиҳанд.

Оё self-SOT мустақим чен шуд?

Experimental evidence-и таҳқиқот direct spectroscopic measurement-и self-SOT torque coefficient нест. Evidence chain чунин аст:

• Co₁/₃TaS₂ худ topological 3Q antiferromagnetic structure дорад.
• Дар device separate SOT heavy-metal layer нест.
• Ҳангоми switching external magnetic field истифода намешавад.
• Current polarity Hall state-ро bidirectionally тағйир медиҳад.
• New state баъди хориҷ кардани current боқӣ мемонад.
• Effect зери Néel temperature ҳаст ва болои он нопадид мешавад.
• Ҳамин behavior дар second device такрор мешавад.

Муаллифон ин combined observations-ро ҳамчун evidence барои intrinsic self-SOT-induced spin-chirality switching шарҳ медиҳанд.

Device-и аввал чӣ гуна чен шуд?

Figure 3a optical image-и Co₁/₃TaS₂ nanoflake device ва electrical readout schematic-ро нишон медиҳад.

Experiment ду марҳила дорад:

1. Writing: Short high-current pulse барои тағйири spin state дода мешавад.
2. Reading: Баъди хориҷ кардани writing pulse transverse Hall resistance \(R_{xy}\) бо small read current чен мешавад.

Ин method имкон медиҳад муайян шавад, ки state пас аз хориҷ кардани switching current нигоҳ дошта мешавад ё не.

Чаро Hall resistance истифода мешавад?

Дар Co₁/₃TaS₂ topological 3Q spin chirality тавассути real-space Berry phase topological Hall effect тавлид мекунад. Вақте chirality sign тағйир меёбад, direction-и emergent gauge flux низ тағйир меёбад; аз ин рӯ sign ё level-и Hall response метавонад барои electrical readout-и chirality state истифода шавад.

Бинобар ин таҳқиқот chirality-ро на бо direct real-space magnetic microscopy, балки тавассути \(R_{xy}\) signal пайгирӣ мекунад.

Néel temperature чӣ қадар аст?

Hall hysteresis тақрибан поёнтар аз:

\(T_N \sim 25\) K

пайдо мешавад.

Дар Figure 3c clear Hall hysteresis дар low temperatures ба мисли 5, 10, 15 ва 20 K дида мешавад; ҳангоми наздик шудани temperature ба 25 K ва боло ин behavior заиф ё нопадид мешавад.

Ин result дастгирӣ мекунад, ки exfoliated nanoflake баъди device fabrication ҳам topological 3Q antiferromagnetic state-и маълум аз bulk material-ро нигоҳ медорад.

Оё бо current воқеан ду state-и ҷудогона сохта шуданд?

Бале. \(R_{xy}\)-writing current curve, ки дар nominal temperature-и 15 K чен шудааст, clear hysteresis нишон медиҳад.

Ҳангоми зиёд кардани current дар як direction Hall resistance ба як stable level мегузарад, ва opposite-direction current pulse system-ро ба stable level-и дигар мебарад. Пас аз хориҷ кардани current Hall level нигоҳ дошта мешавад.

Аз ин рӯ таҳқиқот behavior-ро чунин таъриф мекунад:

• reversible — баргардондашаванда,
• nonvolatile — нигоҳдоранда,
• field-free — бе magnetic field ҳангоми switching

.

“Бе magnetic field” дақиқан чӣ маъно дорад?

Ҳама experiments дар мақола ҳеҷ гоҳ бе magnetic field анҷом нашудаанд. Дар ибтидо барои characterization-и topological Hall hysteresis дар \(R_{xy}-H_z\) measurements external magnetic field истифода шуд.

“Magnetic-field-free switching” маънои онро дорад, ки ҳангоми current writing/switching operation external magnetic field истифода нашудааст.

Ин фарқ барои technological meaning муҳим аст.

Joule heating чӣ гуна контрол шуд?

High writing current метавонад nanoflake-ро тавассути Joule heating гарм кунад. Агар sample аз \(T_N\) боло рафта, баъд хунук шавад, observed state change метавонист на танҳо аз torque, балки аз thermal reordering бошад.

Аз ин рӯ, муҳаққиқон resistance–temperature ва resistance–current calibrations-ро муқоиса карданд.

Result-и reported дар main text:

• nominal temperature: 15 K,
• 3,7 mA current: метавонад sample-ро то maximum тақрибан 25 K, яъне \(T_N\), гарм кунад,
• maximum current дар field-free switching experiments: 3,3 mA.

Аз ин рӯ, муаллифон мегӯянд, ки sample ҳангоми measurement зери antiferromagnetic ordering temperature мондааст.

Ҳангоми switching real temperature чанд буд?

Дар device-и аввал switching тақрибан дар 2,4–2,7 mA анҷом ёфтааст. Мувофиқи Joule-heating calibration, дар ин current sample temperature тақрибан:

20 K

баҳо дода мешавад.

Аз ин рӯ “15 K” дар graph nominal cryostat temperature мебошад; actual nanoflake temperature метавонад ҳангоми active writing pulse баландтар бошад.

Hall switching magnitude чӣ қадар буд?

Ҳангоми current switching тағйири Hall resistance тақрибан:

0,01 Ω

мебошад.

Азбаски zero-field Hall resistance тақрибан:

• 0,04 Ω дар 15 K,
• 0,012 Ω дар 20 K

аст, source switching ratio-ро вобаста ба temperature reference барои Joule heating чунин ҳисоб мекунад:

\[ 0{,}01/0{,}04=25\% \]

то:

\[ 0{,}01/0{,}012=83{,}3\% \]

.

Ин ду percentage results-и two independent devices нестанд; онҳо normalization-и same switching magnitude ба two different temperature references мебошанд.

Switching ба temperature чӣ гуна вобаста аст?

Temperature series дар Figure 3e нишон медиҳад, ки current-induced Hall hysteresis дар low temperatures мавҷуд аст ва бо наздик шудан ба \(T_N\) нопадид мешавад.

Ин behavior муҳим аст, зеро агар signal танҳо аз contact resistance, ordinary electromigration ё temperature-independent electrical memory effect меомад, нопадид шудани он маҳз дар атрофи antiferromagnetic transition temperature интизор намешуд.

Аз ин рӯ, temperature test control experiment-и қавӣ барои magnetic origin-и switching мебошад.

Чаро device-и дуюм муҳим аст?

Hysteresis дар як nanoflake метавонист аз device defect, contact geometry ё special local state барояд. Аз ин рӯ, муҳаққиқон pristine Co₁/₃TaS₂ device-и дуюм сохта, ҳамон experimental sequence-ро такрор карданд.

Дар device-и дуюм низ:

• metallic transport behavior,
• topological Hall hysteresis поёнтар аз 25 K,
• current-induced Hall-state switching дар атрофи 15 K,
• bidirectional transition бе external magnetic field

дида шуд.

Дар 40 K бошад, новобаста аз sweep-и writing current, chirality-switching signal гирифта нашуд.

Figure 4 чиро тасдиқ мекунад?

Figure 4 independent replication мебошад, ки нишон медиҳад main result-и таҳқиқот observation-и тасодуфии single device нест.

Хусусан flat \(R_{xy}\)-current curve дар 40 K нишон медиҳад, ки ҳангоми набудани antiferromagnetic order ҳамон electrical-current protocol худ аз худ hysteretic Hall memory эҷод намекунад.

Чаро curves пурра smooth нестанд?

Дар Figure 3 ва Figure 4 дар атрофи switching threshold баъзе dip, peak ва step-like structures дида мешаванд.

Муаллифон пешниҳод мекунанд, ки онҳо метавонанд бо:

• chirality/magnetic domain nucleation,
• domain annihilation,
• domain-wall motion,
• pinning,
• multistep metastable transitions

алоқаманд бошанд.

Аммо таҳқиқот ин domains-ро direct imaging накардааст. Аз ин рӯ, шарҳи fluctuations ҳамчун domain dynamics physically plausible author interpretation аст, на direct imaging evidence.

Critical current density чанд аст?

Source critical switching current density-ро тақрибан:

1,8 × 10⁶ A/cm²

ҳисоб мекунад.

Муаллифон мегӯянд, ки ин value бо recent high-efficiency SOT switching studies comparable ё lower аст.

Аммо real energy consumption-и single-bit switching дар таҳқиқот бо joule чен нашудааст. Аз ин рӯ, critical current density indicator-и муфид, вале нопурра барои energy efficiency аст.

Натиҷаҳои дастгиришудаи таҳқиқот

• Topological 3Q antiferromagnetic Hall state дар Co₁/₃TaS₂ nanoflakes поёнтар аз тақрибан 25 K нигоҳ дошта мешавад.
• Writing-current pulses метавонанд Hall resistance-ро reversible байни two nonvolatile states тағйир диҳанд.
• External magnetic field ҳангоми switching талаб намешавад.
• Separate heavy-metal SOT source adjacent ба magnetic layer истифода нашудааст.
• Current-induced switching дар second independent Co₁/₃TaS₂ device дубора ба даст омадааст.
• Effect дар атрофи Néel temperature нопадид мешавад.
• Дар 40 K ҳамон writing-current protocol chirality switching тавлид намекунад.
• Critical switching current density тақрибан 1,8 × 10⁶ A/cm² мебошад.
• Source results-ро ҳамчун intrinsic self-SOT-induced chirality switching дар Co₁/₃TaS₂ тафсир мекунад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот ҳанӯз исбот накардааст

• Switching шудани topological spin chirality дар room temperature нишон дода нашудааст.
• Functionality танҳо дар antiferromagnetic phase поёнтар аз тақрибан 25 K нишон дода шудааст.
• Spin/chirality domains ҳангоми switching direct imaging нашудаанд.
• Self-SOT magnitude бо independent torque spectroscopy мустақим чен нашудааст.
• Steps дар Hall signal дақиқан аз domain-wall motion омадааст, исбот нашудааст.
• Long-term switching endurance ё millions of write cycles test нашудаанд.
• Switching speed дар nanosecond ё picosecond scale муайян нашудааст; experiment 1-second current pulses истифода кардааст.
• Real memory-cell density, error rate ё retention time characterize нашудаанд.
• Real energy consumption барои single switching мустақим чен нашудааст.
• Experimental нишон дода нашудааст, ки result ба ҳамаи skyrmion ё noncoplanar antiferromagnets ҳамин тавр generalize мешавад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Single crystals чӣ гуна синтез шуданд?

Co₁/₃TaS₂ single crystals бо method-и ду-марҳилавӣ тайёр шуданд.

Аввал:

• Co purity: >%99,99,
• Ta purity: >%99,99,
• S purity: >%99,99

starting materials дар ratios-и мувофиқ ground шуда, дар evacuated quartz ampoule sealed шуданд.

Mixture:

10 рӯз дар 900°C

solid-state reaction гирифт.

Ҳадафи ин stage гирифтани chemically more homogeneous polycrystalline precursor буд.

Crystal growth чӣ гуна анҷом шуд?

Precursor-и омодашуда бо chemical vapor transport ё chemical vapor transport (CVT) method ба single crystal табдил дода шуд.

Ҳамчун transport agent:

4,5 mg I₂/cm³

iodine истифода шуд.

Quartz tube дар two-zone furnace:

960°C → 840°C

temperature gradient:

2 ҳафта

нигоҳ дошта шуд.

Гуфта мешавад, ки XRD ва Raman spectroscopy барои structural characterization-и crystals истифода шудаанд.

Nanodevice чӣ гуна сохта шуд?

Co₁/₃TaS₂ crystals бо mechanical exfoliation ба SiO₂/Si wafer transfer шуда, nanoflake-и мувофиқ барои electrical transport интихоб шуд.

Device fabrication steps:

1. PMMA A7 resist дар 4000 rpm бо spin coating болои nanoflake пӯшонда шуд.
2. Post-bake дар 130°C барои 1,5 дақиқа анҷом шуд.
3. Electrode geometry бо electron-beam lithography сохта шуд.
4. 80/10 nm Au/Ti electrodes бо electron-beam evaporation deposit шуданд.

Аз ин рӯ, “separate heavy-metal layer нест” маънои metal-free будани electrodes-ро надорад. Au/Ti electrical contacts мавҷуданд; component-и набуда separate heavy-metal spin Hall layer аст, ки барои таъмин кардани torque ба magnetic layer тарҳрезӣ мешавад.

Electrical measurements чӣ гуна анҷом шуданд?

Transport measurements бо custom-built closed-loop resistance setup ва commercial cryogenic system анҷом шуданд.

Source measurement instruments-ро чунин медиҳад:

• Keithley 6220,
• Keithley 2182,
• lock-in amplifier

.

Дар topological Hall characterization, \(R_{xy}-H_z\) curves бо applied out-of-plane magnetic field ба sample чен шуданд.

Writing ва reading timing

Duration-и writing-current pulse дар switching experiment:

1 сония

дода шудааст.

Баъди анҷоми pulse, пеш аз measurement-и Hall signal:

10 сония

интизор шуданд.

Ин measurement protocol месанҷад, ки new Hall level ҳангоми дигар татбиқ нашудани writing current нигоҳ дошта мешавад ё не.

Technical summary-и main experimental results

Interpretive limit аз ҷиҳати Joule heating

Main article мегӯяд, ки detailed \(R_{xx}-I\) calibration барои Joule heating дар Supporting Information Figure S4 ҷойгир аст. Supporting Information дар current source file замима нашудааст.

Аз ин рӯ, Verianla танҳо calibration results-и explicit reported дар main article-ро меорад; raw curves дар S4 independently reread нашудаанд.

Interpretive limit-и Hall readout

Electrical readout logic-и таҳқиқот ба он асос меёбад, ки topological Hall response дар topological 3Q state-и Co₁/₃TaS₂ бо chirality sign алоқаманд аст.

Ин approach electrical proxy-и қавӣ медиҳад; аммо Hall-resistance change худ ба худ нишон намедиҳад, ки ҳамаи spin-ҳо дар real space microscopic чӣ гуна rearrange шудаанд.

Хусусан барои steps дар атрофи switching threshold, domain-dynamics interpretation бо direct domain imaging validate нашудааст.

Ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот

• Clear experimental design, ки мустақим ба electrical control-и topological spin chirality нигаронида шудааст.
• Device fabrication бе separate heavy-metal SOT layer.
• Writing-current switching бе magnetic field.
• Nonvolatile electrical readout protocol.
• Testing-и magnetic origin бо temperature control.
• Calibration-и махсус барои Joule heating.
• Replication-и result дар second independent device.
• 40 K negative-control experiment.
• Муттаҳид кардани crystal symmetry, Berry curvature ва 3Q topological spin structure-и material дар як mechanistic framework.

Маҳдудиятҳои асосӣ

• Operating temperature бо поёнтар аз тақрибан 25 K маҳдуд аст.
• Шумораи independent devices-и tested дар main text маҳдуд аст.
• Long-term endurance ва retention study гузориш нашудааст.
• Real minimum switching time муайян нашудааст, зеро 1-second writing pulse истифода шуд.
• Self-SOT magnitude бо separate torque measurement мустақим бароварда нашудааст.
• Spin-chirality domains direct imaging нашудаанд.
• Joule heating комилан нест нест; бо model/calibration контрол шудааст.
• Supporting Information дар current upload мавҷуд нест, бинобар ин supporting figures independently review нашудаанд.
• Real device-level energy-per-operation measurement дода нашудааст.
• Experimental нишон дода нашудааст, ки technology ба room temperature интиқол меёбад.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Current Switching of Topological Spin Chirality in the van der Waals Antiferromagnet Co1/3TaS2

Муаллифон: Kai-Xuan Zhang; Seungbok Lee; Woonghee Cho; Je-Geun Park.

Муаллифони масъул: Kai-Xuan Zhang ва Je-Geun Park.

Equal first/equal contribution: Дар source equal contribution ё equal-first authorship statement нест.

Муассисаҳо: Department of Physics and Astronomy, Seoul National University; Center for Quantum Materials, Department of Physics and Astronomy, Seoul National University; Institute of Applied Physics, Seoul National University, Seoul, South Korea.

DOI:10.1002/adma.202522943

Маҷалла: Advanced Materials.

Ҷилд / шумора / рақами мақола: 38(19), e22943.

Ношир: Wiley-VCH GmbH.

Навъи манбаъ ва ҳолати peer review: Peer-reviewed experimental research article.

Received: 18 November 2025.

Revised: 10 February 2026.

Accepted: 2 March 2026.

First online publication: 6 March 2026.

Пайванди расмии нашр:Wiley Online Library

License: Creative Commons Attribution License. Article open access.

Funding: Samsung Science & Technology Foundation, Grant No. SSTF-BA2101-05; National Research Foundation of Korea Leading Researcher Program, Grant No. RS-2020-NR049405.

Conflict of interest: Authors declare no conflict of interest.

Data availability: Data supporting findings are stated to be available from corresponding author upon reasonable request.

Author contributions / CRediT: Main source does not contain separate CRediT or detailed individual-author contribution section.

Method note барои “heavy-metal-free”

Дар таҳқиқот “heavy-metal-free switching” дар context-и SOT architecture истифода шудааст: separate heavy-metal layer барои injection-и spin current ба Co₁/₃TaS₂ вуҷуд надорад. Аммо electrical contacts-и device 80/10 nm Au/Ti electrodes мебошанд, ки бо electron-beam evaporation сохта шудаанд. Аз ин рӯ, ин phrase маънои light metal будани ҳамаи metallic elements-и device-ро надорад.

Interpretive limit барои self-SOT mechanism

Таҳқиқот experimentally current switching-ро дар pristine Co₁/₃TaS₂ бе magnetic field ва бе separate spin-source layer нишон медиҳад. Муаллифон онро ба intrinsic self-SOT mechanism вобаста ба non-centrosymmetric crystal structure, broken mirror symmetries, topological bands ва strong Berry curvature нисбат медиҳанд.

Бо вуҷуди ин, torque magnitude бо independent torque-metrology method direct чен нашудааст. Аз ин рӯ, Verianla self-SOT-ро ҳамчун mechanism-и пешниҳодшуда аз ҷониби study ва supported by experimental observations меорад.

Ҳудуди chirality measurement

Chirality reversal бо direct real-space spin-imaging method пайгирӣ нашудааст. Chirality state тавассути Hall response, ки аз 3Q topological spin order-и Co₁/₃TaS₂ ба вуҷуд меояд, electrically read мешавад.

Ин main result-ро invalid намекунад, аммо claim-и қавитар, ки “every spin vector during switching direct observed шуд”, дастгирӣ намешавад.

Joule heating ва Supporting Information note

Source detailed Joule-heating calibration-ро ба Figure S4 дар Supporting Information асос медиҳад. Азбаски uploaded main article Supporting Information file-ро надорад, supporting figure дар Verianla review independently дида нашудааст. Танҳо estimates-и explicitly reported дар main source — 3,7 mA → тақрибан 25 K ва 2,4–2,7 mA → тақрибан 20 K — истифода шудаанд.

Energy-efficiency note

Assessment-и “high energy efficiency”-и муаллифон ба comparison-и critical switching current density-и тақрибан 1,8 × 10⁶ A/cm² бо high-efficiency SOT systems дар literature асос ёфтааст. Source separate energy-per-switch ё full electrical power-consumption analysis гузориш намекунад. Аз ин рӯ, Verianla result-ро ҳамчун measured product-level energy consumption пешниҳод намекунад.

Ҳудуди тафсири илмӣ

Таҳқиқот strong experimental evidence медиҳад, ки topological antiferromagnetic chirality state метавонад бо electric current field-free ва nonvolatile control шавад. Аммо experimental operating temperature поёнтар аз тақрибан 25 K аст ва result дар current form маънои room-temperature commercial chiral-spintronics memory technology-ро надорад.

Муаллифон пешниҳод мекунанд, ки approach метавонад ба other skyrmion systems ва noncoplanar magnets васеъ шавад. Ин future-looking physical generalization proposal аст; current study ҳамон switching mechanism-ро дар other materials experimentally test накардааст.

Physical mechanisms, device results, temperatures, currents ва Hall data дар ин Verianla article ба uploaded original study асос ёфтаанд. External sources танҳо барои bibliographic verification-и publication identity, volume/issue information, first online publication date ва Advanced Materials peer-review process истифода шудаанд; ягон new experimental spintronics result аз берун илова нашудааст.