范德华异质结中的自旋-电荷转换及界面处的新奇自旋效应研究

发布时间：2024-03-04 00:36

　　以石墨烯为代表的二维材料因其高迁移率、高电导率等优异性质而备受人们关注。二维材料可薄至原子级,是高集成、高性能和低能耗的下一代电子器件的理想材料,有望替代硅基半导体材料。自旋电子学以实现高效、快速和低能耗地产生、操作和探测自旋为目标。伴随着外尔半金属,过渡金属硫化物(TMDC)等一系列新型二维材料的相继发现,许多新奇的物理性质也被陆续报道,范德华异质结这一崭新的物理模型也进入人们的视野。它同时兼具各种材料的优点,通过适当的调制手段,可以实现高效地调控电荷-自旋的转换,以及自旋的操作和输运。本文以WTe2/石墨烯、Co/TiO2/石墨烯等异质结作为研究对象,探索其界面处高效的电荷-自旋转换效应和新奇的自旋相关现象,为新一代自旋相关电子器件的设计提供新思路。主要研究内容如下:(1)研究了由全二维材料构成的WTe2/石墨烯范德华异质结中自旋霍尔效应的产生和调制。实验发现,WTe2有着可比拟传统重金属的自旋霍尔角(即电荷-自旋转换效率)。同时,得益于石墨烯这一性能极佳的自旋载体通道,自旋霍尔信号比传统全金属结构高两个数量级。通过施加背栅,实现了 600%的自旋霍尔信号的调制。分析表明,该调制源...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图２－１自旋相关的态密度示意图

属性之一，具有自旋向上（ｓｐｉｎ?ｕｐ，Ｔ）和自旋向下（ｓｐｉｎ?ｄｏｗｎ，??丄）两种状态，通常我们将自旋向上定义为主自旋（ｍａｊｏｒｉｔｙ?ｓｐｉｎ），自旋向下??为次自旋（ｍｉｎｏｒｉｔｙ?ｓｐｉｎ）。在非磁性材料（ｎｏｎｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔ，ＮＭ）中，两种自??旋的态密....

图２－２?ＧＭＲ的Ｍｏｔｔ二流体模型切

?北京科技大学博士学位论文???超晶格中发现了巨磁电阻（Ｇｉａｎｔ?ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，?ＧＭＲ）效应。在后续研??宄中，人们发现该效应完全可以用Ｍｏｔｔ二流体模型来解释：当电子通过“铁??磁／非磁／铁磁”三明治结构时，如果两个铁磁层的磁化方向是反平行向排列的，?....

图２－３?ＴＭＲ的物理模型Ａ⑻两个铁磁层的磁化方向平行时呈低电阻态；（ｂ）两铁??磁层的磁化方向相反时呈高电阻态

?范德华异质结中的电荷－自旋转换及界面处的新奇自旋效应研究???（ａ）?（ｂ）???ｉｌ???ｉｌ?ｊ??Ｆ＼?４￣■?ａ?Ｆ２｜?｜Ｆ１?本￣■?Ｉ?Ｆ２??Ｈ?ｉ?Ｂ?Ｉ?Ｈ?Ｈ?ｉ?■?ｉ?－??Ｎ，（Ｅ）?Ｎｆ（Ｅ）?／Ｖ＊（Ｅ）?Ｎｔ（Ｅ）?Ｎ，（Ｅ）?Ｗｔ（Ｅ）?Ｎ｜....

图２－４?Ｄａｔｔａ和Ｄａｓ提出的自旋场效应晶体管示意图［６］

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本文编号：3918608