基于高自旋极化Heusler合金的自旋输运特性研究

发布时间：2023-02-11 14:15

　　硅基电路板上容纳的晶体管数量每隔18个月增加一倍,微处理器性能也将提升一倍,这便是大家熟知的摩尔定律。然而随着晶体管电路接近性能极限,高温和漏电始终是难以避免的问题,半导体发展路线图开始放缓。为了不让摩尔定律失效,科学家引入电子自旋去发展了一门新的学科,自旋电子学。传统的半导体器件包括晶体二极管、双极型晶体管、场效应晶体管等。这些器件与自旋电子学器件相比,集成化较低、能耗偏高、运算速度过慢,很难继续推动新的信息化产业革命。自旋电子学器件对组成材料的要求很高,这些材料通常具有较高的自旋电子极化率、与半导体较好的兼容性以及较长的驰豫时间。一些新的高自旋极化材料,比如自旋无能隙半导体和全补偿亚铁磁半金属等,已经成为近几年研究的热点。本文针对近几年实验上合成的三类典型的自旋电子学材料:铁磁性的自旋无能隙半导体CoFeMnSi,全补偿亚铁磁半金属Mn₃Al和全补偿亚铁磁自旋无能隙半导体Ti₂MnAl,利用密度泛函理论结合非平衡态格林函数方法,对它们的电子结构、磁性和自旋输运性质进行了研究,得到以下主要结果:自旋无能隙半导体CoFeMnSi具有铁磁性,磁...

【文章页数】：117 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 自旋电子学器件的种类
    1.2 半金属磁性材料
    1.3 自旋无能隙半导体
    1.4 本文的工作
2 理论基础与计算方法
    2.1 密度泛函理论
    2.2 NEGF-DFT方法简介
    2.3 计算程序-ATK
3 基于自旋无能隙半导体CoFeMnSi的输运特性研究
    3.1 四元霍伊斯勒合金CoFeMnSi的研究进展
    3.2 计算方法与参数设定
    3.3 CoFeMnSi的自旋无能隙半导体特性
    3.4 Ga As/CoFeMnSi异质结输运特性的研究
    3.5 CoFeMnSi|GaAs|CoFeMnSi隧道结的自旋输运特性
    3.6 本章小结
4 半金属全补偿亚铁磁Mn₃Al的自旋输运特性
    4.1 Mn₃Al的研究背景
    4.2 参数设置与计算模型
    4.3 Mn₃Al的全补偿亚铁磁半金属特性
    4.4 异质结Mn₃Al/GaAs的自旋输运特性研究
    4.5 隧道结Mn₃Al/GaAs/Mn₃Al的自旋输运特性研究
    4.6 势垒层GaAs的自旋轨道耦合
    4.7 本章小结
5 基于全补偿亚铁磁自旋无能隙半导体Ti₂MnAl的输运特性研究
    5.1 自旋无能隙半导体Ti₂MnAl的研究进展
    5.2 参数设置与理论依据
    5.3 自旋无能隙半导体Ti₂MnAl的全补偿亚铁磁特性
    5.4 隧道结Ti₂MnAl/InAs/Ti₂MnAl(001)的电流电压特性
    5.5 隧道结Ti₂MnAl/InAs/Ti₂MnAl(001)的热自旋输运特性
    5.6 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 下一步工作展望
致谢
参考文献
附录 攻读博士学位期间的学术成果



本文编号：3740538