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范德華異質(zhì)結(jié)中的自旋-電荷轉(zhuǎn)換及界面處的新奇自旋效應(yīng)研究

發(fā)布時間:2024-03-04 00:36
  以石墨烯為代表的二維材料因其高遷移率、高電導(dǎo)率等優(yōu)異性質(zhì)而備受人們關(guān)注。二維材料可薄至原子級,是高集成、高性能和低能耗的下一代電子器件的理想材料,有望替代硅基半導(dǎo)體材料。自旋電子學以實現(xiàn)高效、快速和低能耗地產(chǎn)生、操作和探測自旋為目標。伴隨著外爾半金屬,過渡金屬硫化物(TMDC)等一系列新型二維材料的相繼發(fā)現(xiàn),許多新奇的物理性質(zhì)也被陸續(xù)報道,范德華異質(zhì)結(jié)這一嶄新的物理模型也進入人們的視野。它同時兼具各種材料的優(yōu)點,通過適當?shù)恼{(diào)制手段,可以實現(xiàn)高效地調(diào)控電荷-自旋的轉(zhuǎn)換,以及自旋的操作和輸運。本文以WTe2/石墨烯、Co/TiO2/石墨烯等異質(zhì)結(jié)作為研究對象,探索其界面處高效的電荷-自旋轉(zhuǎn)換效應(yīng)和新奇的自旋相關(guān)現(xiàn)象,為新一代自旋相關(guān)電子器件的設(shè)計提供新思路。主要研究內(nèi)容如下:(1)研究了由全二維材料構(gòu)成的WTe2/石墨烯范德華異質(zhì)結(jié)中自旋霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生和調(diào)制。實驗發(fā)現(xiàn),WTe2有著可比擬傳統(tǒng)重金屬的自旋霍爾角(即電荷-自旋轉(zhuǎn)換效率)。同時,得益于石墨烯這一性能極佳的自旋載體通道,自旋霍爾信號比傳統(tǒng)全金屬結(jié)構(gòu)高兩個數(shù)量級。通過施加背柵,實現(xiàn)了 600%的自旋霍爾信號的調(diào)制。分析表明,該調(diào)制源...

【文章頁數(shù)】:111 頁

【學位級別】:博士

【部分圖文】:

圖2-1自旋相關(guān)的態(tài)密度示意圖

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屬性之一,具有自旋向上(spin?up,T)和自旋向下(spin?down,??丄)兩種狀態(tài),通常我們將自旋向上定義為主自旋(majority?spin),自旋向下??為次自旋(minority?spin)。在非磁性材料(nonferromagnet,NM)中,兩種自??旋的態(tài)密....


圖2-2?GMR的Mott二流體模型切

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?北京科技大學博士學位論文???超晶格中發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻(Giant?magnetoresistance,?GMR)效應(yīng)。在后續(xù)研??宄中,人們發(fā)現(xiàn)該效應(yīng)完全可以用Mott二流體模型來解釋:當電子通過“鐵??磁/非磁/鐵磁”三明治結(jié)構(gòu)時,如果兩個鐵磁層的磁化方向是反平行向排列的,?....


圖2-3?TMR的物理模型A⑻兩個鐵磁層的磁化方向平行時呈低電阻態(tài);(b)兩鐵??磁層的磁化方向相反時呈高電阻態(tài)

圖2-3?TMR的物理模型A⑻兩個鐵磁層的磁化方向平行時呈低電阻態(tài);(b)兩鐵??磁層的磁化方向相反時呈高電阻態(tài)

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圖2-4?Datta和Das提出的自旋場效應(yīng)晶體管示意圖[6]

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本文編號:3918608

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