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应用二维半金属磁性材料设计超薄自旋阀

已有 3937 次阅读 2019-11-4 09:35 |系统分类:科研笔记

   

最近,做了一年多的工作终于在Cell出版社旗下子刊《Matter》上正式发表出来了。在此,我介绍一下这个工作遇到的两个科学问题。

1.  二维磁性材料居里温度低的问题:

Mermin-Wagner理论指出:热涨落导致二维磁性材料的居里温度接近0K。目前,实验报导的二维CrI3、Cr2Ge2Te6的居里温度确实很低[(B. Huang, et al., Nature 546, 270 (2017).)]、[C. Gong, et al., Nature 546, 265, 2017.)]。

然而,在如果材料不是单层结构,而是在垂直方向有磁性原子堆积,这类二维磁性材料的居里温度会比较高。例如:Fe3GeTe2、MXene。实验研究表明Fe3GeTe2的居里温度可以接近室温[Y. Deng, et al., Nature 563, 94 (2018)]。理论计算分析显示MXene的居里温度也高于室温。[J. Yang, et. al., Appl. Phys. Lett. 109, 203109 (2016)]。

2.  降低提高自旋阀尺度的同时保持较高的开关比。

理论研究分析显示Cr2NO2为居里温度接近600K的半金属结构,并且自旋向下电子的能带达到2.4 eV。[H. Kumar, et. al., ACS nano. 11, 7648 (2017)] 先前的研究表明半金属可以有效提高自旋阀的开关比。

我们应用双层的这种二维磁性半金属材料设计了一超薄自旋阀,厚度只有1纳米。然而,其在10 mV的电压下,开关比达到了9333%。可以说是性能比传统Fe/MgO/Fe好很多。

 相关论文:J. Yang, et. al., Matter. 1, 1304-1315 (2019).

链接:https://www.cell.com/matter/pdfExtended/S2590-2385(19)30126-2

总结:该自旋电子器件具有磁阻比高、超薄、节能、工作温度范围广等优点。目前处于理论设计阶段,距离实际应用还有一段道路。我们希望越来越多的研究人员可以一起研究这类器件。




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