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秒速牛牛计划:VanderWaals工程用于自旋和谷电子的铁磁半导体异质结构

2019-10-10     来源:秒速牛牛玩法         内容标签:秒速牛牛计划,VanderWaals,工程,用于

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磁性材料与半导体的集成是基础科学的沃土,也是信息处理和存储无缝集成的重要实际利益。我们创建了由超薄铁磁半导体CrI3和单层WSe2形成的范德瓦尔斯异质结构。我们观察到WSe2中旋转和谷赝自旋的前所未有的控制,其中我们检测到大约13T的大磁交换场并且通过CrI3磁化的翻转快速切换WSe2谷分裂和极化。WSe2光致发光强度强烈依赖于WSe2中光激发自旋与CrI3磁化之间的相对对准,因为跨越异质结构界面的超快自旋相关电荷跳跃。谷赝自旋的光致发光检测为探测超薄磁体中的有趣区域动力学以及异质结构内的丰富自旋相互作用提供了一种简单灵敏的方法。

关键词万德瓦尔异质结构铁磁半导体电子学电子学二极管二维材料单层半导体磁性邻近效应交换相互作用快速电荷转移引言

操纵磁异构结构中的交换相互作用已被证明是设计高功能材料的有效方法。例如,层间交换耦合(1-3)和交换偏置(4)的控制使得能够广泛使用的磁存储技术,例如巨磁阻(2,3)和磁隧道结(5)。目前,人们非常关注扩展可以通过邻近交换效应使用磁性的功能材料。已经提出并研究了与超导体(6),拓扑绝缘体(7,8)和半导体(9)集成的磁性材料的异质结构。将磁性与半导体电子器件相结合对于自旋电子应用特别有吸引力(10,11)。例如,铁磁体自旋和半导体电荷载流子之间的交换相互作用导致可调谐自旋极化(12-14)。我们的工作通过构建和探索单层WSe2半导体和超薄铁磁半导体CrI3之间的范德华界面中的交换相互作用,将这一领域扩展到新领域。

二维(2D)材料的使用形成磁异质结构的优点在于,通常被认为是散装材料的微扰效应的接近引起的交换相互作用可以从根本上改变2D材料的电子结构。理论工作预测了将2D材料与块状3D磁体结合在一起的系统中的强烈交换效应(15,16)和紧急现象(17-21)。在石墨烯/EuS异质结构中已经实验证明了邻近诱导的交换效应(22,23),并且最近已经实现了来自2D半导体的谷极化电致发光(24,25)。在后一种情况下,极化程度保持适度,并且没有观察到交换场的影响。此外,由于这些器件中的多晶性质和三维磁体的小晶粒尺寸,需要外部磁场来使铁磁体极化以获得任何可观察的磁性功能。

与二维材料接口的方法相比3D磁体,范德瓦尔斯异质结构具有几个优点(26-28)。晶格失配不是问题,因此最小化化学改性和界面损伤,这对于设计用于最佳相互作用的清洁界面是期望的。因为单晶a重新使用后,组成2D材料之间的扭转角和堆叠顺序成为一个潜在的强大控制旋钮,例如,能够设计和研究具有独特旋转纹理的磁性多层范德华堆叠。层堆叠工艺的灵活性还有助于在层状铁磁体和各种其他2D材料(如石墨烯,Weyl半金属(WTe2),超导体(NbSe2)等)之间创建范德瓦尔异质结构。

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