二维掺杂SiC磁性局域自旋调控机理研究

发布时间：2021-01-04 23:55

　　二维碳化硅（SiC）具有的优异光电性及较宽的禁带,使其在低维纳米材料的设计上具有独特的优越性,是一个较好的人工可操控自旋二维非磁性拓展基底。二维SiC的局域自旋调控,可实现原子量级上对二维SiC的磁性和局域自旋的人工调控。对于二维SiC局域自旋的调控,大部分集中在3d过渡金属掺杂诱导其局域自旋,但是对于4d过渡金属掺杂的局域自旋调控较少,本文采用掺杂Mo（N）原子的方式,对二维SiC进行磁性调控,分析其局域自旋调控机理,丰富了这一掺杂体系Mo（N）共掺条件下的理论数据。本征二维SiC的非等价位点,为人工局域自旋调控提供了诸多选择方案。本文通过二维SiC不同选位掺杂Mo原子,对二维SiC材料的磁性进行局域自旋的掺杂调控。对于Mo原子在二维SiC不同位点的选位掺杂,研究发现在其Si位、间隙位及C位,体系均呈现出自旋极化现象,且都由半导体转变为半金属体系,数据表明,体系的磁性和局域自旋的改变均主要来源于掺杂Mo的诱导。进一步讲,磁性Mo选位掺杂二维SiC表现出不同的自旋机制,其中Mo替代掺杂Si位时,体系的磁矩为2.000μB,自旋向上的电子能带穿越费米能级,在费米能级上下形成小极化子以及内... 

【文章来源】：西安科技大学陕西省

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

材料按照电荷跃迁能力强弱的分类Fig1.1Classificationofmaterialsaccordingtothestrengthofchargetransition

西安科技大学硕士学位论文2如图1.2所示。自旋是电子的内禀属性，电子具备两种不同方式的自旋方向，自旋向上的多值电子以及自旋向下的少值电子。电子在能级上的不同自旋排布，直接影响了材料的自旋极化和磁性。当自旋向上和自旋向下的电子，在能态中严格对称分布时，材料呈现非磁性，没有自旋极化发生。当材料中自旋向上和自旋向下的电子，在能态中以未配对方式排布，体系中出现电子自旋方向的不对称，在电子间库伦作用力的以及泡利原理的相互作用下，材料在费米能级附近的电子，将发生自旋极化，并由此形成在材料使用时出现的极化电流，由此开辟出材料的另一种方式，自旋输运。因此，磁性材料在信息化、自动化、机电一体化和国防等方面具有重要的应用，促进了国民经济的长足发展。对材料的自旋调控逐渐进入人们的视野，二维SiC由于其优异的半导体特性，作为潜在的优异自旋电子器件，关于其局域自旋的调控已经受到广泛关注。图1.1材料按照电荷跃迁能力强弱的分类Fig1.1Classificationofmaterialsaccordingtothestrengthofchargetransition图1.2电子绕原子核运动同时自己也做旋转运动Fig1.2Theelectronmovesaroundthenucleuswhiledoingitsownrotation

西安科技大学硕士学位论文4图1.3巨磁阻效应原理图Fig1.3Giantmagnetoresistanceeffectschematic巨磁阻效应中，随着高低阻值的变化，材料中器件的电流发生了很大的改变，这种改变很大程度适应了逻辑器件的发展，0和1的逻辑信号定义可以对于低阻值和高阻值，GMR效应的发现，可以有效的实现逻辑电路中0和1的信号。这样的发现，预示了自旋电子器件的广泛应用，无挥发性、数据处理速度快、能量损耗低、集成度更高的潜在优势等。1957年，Jullière等人，在进行磁隧道结电导测量时，对铁磁体-绝缘层-铁磁体（F-I-F），其中，绝缘层采用的时无定形Ge，在这种磁隧道结中，当两端的铁磁体磁化方向不是同一方向时，电阻值相比于铁磁体磁化方向相同时变大，即电导变小体系导电能力变弱，这种变化的磁阻效应被称为隧道磁阻(TMR,tunnelingmagnetoresistance）。如下图1.4所示，为隧道磁阻的原理示意图，在两端的铁磁体中，不同自旋方向的载流子分布在费米能级周围，自旋方向与磁化方向一致时，这种自旋方向的载流子浓度较大，阻值变小；与之相反，当载流子自旋方向相反的浓度变校与之相对应的是，当两侧磁化方向相同时，自旋向上的多值电子在铁磁体内具有较小的阻值，载流子可以很容易的在铁磁体内传播，在自旋极化输运中，完成了自旋向上与自旋向下载流子的分流，造成自旋向上的


本文编号：2957600