Manipulating a stubborn magnet Spintronics is an alternative to conventional electronics, based on using the electron's spin rather than its charge. Spintronic devices, such as magnetic memory, have traditionally used ferromagnetic materials to encode the 1's and 0's of the binary code. A weakness of this approach—that strong magnetic fields can erase the encoded information—could be avoided by using antiferromagnets instead of ferromagnets. But manipulating the magnetic ordering of antiferromagnets is tricky. Now, Wadley et al. have found a way (see the Perspective by Marrows). Running currents along specific directions in the thin films of the antiferromagnetic compound CuMnAs reoriented the magnetic domains in the material. Science , this issue p. 587 ; see also p. 558

The isotropic magnetic moment of a free atom is shown to develop giant magnetic anisotropy energy due to symmetry reduction at an atomically ordered surface. Single cobalt atoms deposited onto platinum (111) are found to have a magnetic anisotropy energy of 9 millielectron volts per atom arising from the combination of unquenched orbital moments (1.1 Bohr magnetons) and strong spin-orbit coupling induced by the platinum substrate. By assembling cobalt nanoparticles containing up to 40 atoms, the magnetic anisotropy energy is further shown to be dependent on single-atom coordination changes. These results confirm theoretical predictions and are of fundamental value to understanding how magnetic anisotropy develops in finite-sized magnetic particles.

Abstract We report a novel microwave plasma enhanced chemical vapor deposition strategy for the efficient synthesis of multilayer graphene nanoflake films (MGNFs) on Si substrates. The constituent graphene nanoflakes have a highly graphitized knife‐edge structure with a 2–3 nm thick sharp edge and show a preferred vertical orientation with respect to the Si substrate as established by near‐edge X‐ray absorption fine structure spectroscopy. The growth rate is approximately 1.6 µm min −1 , which is 10 times faster than the previously reported best value. The MGNFs are shown to demonstrate fast electron‐transfer (ET) kinetics for the Fe(CN) 6 3−/4− redox system and excellent electrocatalytic activity for simultaneously determining dopamine (DA), ascorbic acid (AA) and uric acid (UA). Their biosensing DA performance in the presence of common interfering agents AA and UA is superior to other bare solid‐state electrodes and is comparable only to that of edge plane pyrolytic graphite. Our work here, establishes that the abundance of graphitic edge planes/defects are essentially responsible for the fast ET kinetics, active electrocatalytic and biosensing properties. This novel edge‐plane‐based electrochemical platform with the high surface area and electrocatalytic activity offers great promise for creating a revolutionary new class of nanostructured electrodes for biosensing, biofuel cells and energy‐conversion applications.

Synchrotron light source facilities worldwide generate terabytes of data in numerous incompatible data formats from a wide range of experiment types. The Data Analysis WorkbeNch ( DAWN ) was developed to address the challenge of providing a single visualization and analysis platform for data from any synchrotron experiment (including single-crystal and powder diffraction, tomography and spectroscopy), whilst also being sufficiently extensible for new specific use case analysis environments to be incorporated ( e.g. ARPES, PEEM). In this work, the history and current state of DAWN are presented, with two case studies to demonstrate specific functionality. The first is an example of a data processing and reduction problem using the generic tools, whilst the second shows how these tools can be targeted to a specific scientific area.

Nanoscale detection and control of the magnetic order underpins a spectrum of condensed-matter research and device functionalities involving magnetism. The key principle involved is the breaking of time-reversal symmetry, which in ferromagnets is generated by an internal magnetization. However, the presence of a net magnetization limits device scalability and compatibility with phases, such as superconductors and topological insulators. Recently, altermagnetism has been proposed as a solution to these restrictions, as it shares the enabling time-reversal-symmetry-breaking characteristic of ferromagnetism, combined with the antiferromagnetic-like vanishing net magnetization

Nanostructured FeCo films comprising small (2.1 nm mean diameter) Co nanoparticles deposited into an Fe matrix are investigated by magnetometry, transmission electron microscopy and X-ray Magnetic Circular Dichroism (XMCD). Similar films were previously reported to possess a saturation magnetisation of up to 3 µB/atom, thus exceeding the Slater-Pauling limit by a significant margin. The present work confirms the previous findings by magnetometry and demonstrates that the Co nanoparticles maintain their particulate identity within the film while adopting the crystallographic structure of the Fe matrix. The films show no evidence for voids or porosity (they exhibit the bulk density). An important factor in the high magnetisation in the films is an enhanced magnetic moment on the Co atoms, which XMCD indicates to be at least 2.21 µB, i.e., 30 % larger than the bulk value for metallic cobalt.

We investigate the emergence and optimization of conventional exchange bias (EB) in ultrathin (<10 nm) ferroelectric (FE) BaTiO3 (BTO)/ferromagnetic (FM) La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) epitaxial bilayers without an antiferromagnetic (AFM) material. The EB originates from the electronic orbital reconstruction at the FE-FM interface due to the ferroelectric polarization. We achieve maximum EB of approximately 42 Oe with single-domain polarization in nine-unit-cell-thick BTO, setting the BTO thickness above the critical threshold for ferroelectricity yet below the thickness of strain relaxation and multidomain breakdown. Furthermore, the LSMO layer needs to be thick enough to sustain both the FM layer and polarization-induced AFM spin configuration at the LSMO/BTO interface, yet as thin as possible to enable the EB loop shift. The temperature, training, field, and thickness dependence of the EB confirm that the LSMO/BTO interface exhibits conventional EB despite its unconventional origin. Using x-ray magnetic circular dichroism, scanning transmission electron microscopy, and density-functional-theory calculations, we confirm that the macroscopic EB effect originates from the interfacial AFM spin configuration in LSMO driven by FE-induced -orbital modifications in interfacial Mn ions. Thus, we engineer strong interfacial EB coupling in artificial multiferroics without a conventional AFM material by controlling FE polarization, highlighting the potential for advanced spintronic applications. Published by the American Physical Society 2024