Voltage-Driven Generation of Ferromagnetism in a Magneto-Ionically Active Antiferromagnet Enabling Room-Temperature Exchange Bias
Privitera, Simone (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Ma, Zheng (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Gómez-Torres, Hugo (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Arredondo-López, Aitor (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Liedke, Maciej Oskar (Helmholtz-Zentrum Dresden. Institute of Radiation Physics)
Hirschmann, Eric (Helmholtz-Zentrum Dresden. Institute of Radiation Physics)
Wagner, Andreas (Helmholtz-Zentrum Dresden. Institute of Radiation Physics)
Tan, Huan (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Solsona, Pau (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Quintana, Alberto (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Dias, Thiago (Universidade Tecnológica Federal do Paraná)
Gouéré, Diane (Spin-Ion Technologies)
Monteblanco, Elmer Nahuel (Spin-Ion Technologies)
Ravelosona, Dafiné (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Del-Valle, Nuria (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Navau, Carles (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Lopeandía Fernández, Aitor (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Sort, Jordi (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Menéndez Dalmau, Enric (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)

Fecha:	2026
Resumen:	Magneto-ionics-as the voltage-driven control of magnetic properties through ionic motion and redox processes-offers a promising route toward energy-efficient spintronic devices. Exchange bias, being the unidirectional anisotropy arising from interfacial coupling between antiferromagnets and ferromagnets, plays a central role in spintronics. Here, we demonstrate reversible, room-temperature magneto-ionic generation, suppression, and modulation of exchange bias within a 50 nm-thick antiferromagnetic, magneto-ionically active NiCoO layer. Instead of relying on field cooling to set exchange bias, an applied magnetic field during the growth promotes alignment of the antiferromagnetic spin sublattices, producing a preferential unidirectional orientation. Gating drives oxygen-ion migration along columnar grain boundaries, partially reducing NiCoO and forming ferromagnetic NiCo clusters that couple to the antiferromagnetic matrix. The exchange bias can be controlled by tuning the Ni/Co ratio, which adjusts the Néel temperature, and by varying the actuation time and voltage amplitude which control ferromagnetic cluster size. Micromagnetic simulations reveal that the exchange bias originates from the interfacial uncompensated spins exhibiting partial ferromagnetic-like behavior. This single-layer approach, together with the voltage-controlled formation and tuning of exchange bias without heat treatments, simplifies fabrication and offers a framework for low-power antiferromagnetic spintronic devices.
Ayudas:	European Commission 101081337 European Commission 101058076 European Commission 101054687 European Commission 101204328 European Commission 101098651 Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades PID2024-156385OB-I00 Agencia Estatal de Investigación PID2023-152783OB-I00 Generalitat de Catalunya 2021/SGR-00651 Generalitat de Catalunya 2021/SGR-00644 Ministerio de Ciencia e Innovación PRE2021-097883 Ministerio de Ciencia e Innovación CEX2021-001214-S
Nota:	Altres ajuts: acords transformatius de la UAB
Derechos:	Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, fins i tot amb finalitats comercials, sempre i quan es reconegui l'autoria de l'obra original.
Lengua:	Anglès
Documento:	Article ; recerca ; Versió publicada
Publicado en:	ACS nano, Vol. 20, Num. 13 (March 2026) , p. 10484-10497, ISSN 1936-086X

DOI: 10.1021/acsnano.5c19864

14 p, 8.0 MB

El registro aparece en las colecciones:
Documentos de investigación > Documentos de los grupos de investigación de la UAB > Centros y grupos de investigación (producción científica) > Ciencias > Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2)
Artículos > Artículos de investigación
Artículos > Artículos publicados