Exploring van der Waals Ferromagnetic Semiconductor Chromium Triiodide

探索范德华铁磁半导体三碘化铬

基本信息

  • 批准号:
    1708419
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 38.47万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-06-01 至 2021-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Non-Technical Abstract:Despite nearly two millennia of recorded study, magnetic materials continue to generate new fundamental discoveries and drive crucial progress in technologies such as sensing and information storage. Equally as intriguing is the recent emergence of a family of atomically-thin "two-dimensional" materials. It has grown rapidly to encompass materials with a broad range of technologically relevant properties, at the thickness of one thousandth of a human hair. However, a key component for the nano-nanotechnology tool box, an atomically thin magnet, is lacking. Our goal is to investigate a promising candidate, the magnetic semiconductor CrI3. Employing optical methods sensitive to magnetic properties, we will study its behavior as a function of thickness, from several tens of nanometers down to a single atomic layer. In addition, we will combine atomically-thin CrI3 with existing two-dimensional semiconductors to form atomically-thin heterostructures. This will enable us to explore emerging effects and functionalities occurring at the interface between the two materials. The proposed multidisciplinary research program provides an excellent platform for undergraduate and graduate students to explore new magnetic materials for potential impact in future computing platforms, data storage and consumer electronics.Technical Abstract:The isolation of graphene has opened a new frontier in the physical sciences at the limit of a single atomic layer. Since this discovery, many 2D materials including semimetals, semiconductors and superconductors have been realized, but a 2D crystal displaying intrinsic ferromagetism has yet to be reported. Our goal is to investigate a promising candidate, the layered ferromagnetic semiconductor CrI3. Employing magneto-optical spectroscopy (photoluminescence, Raman, and optical Kerr rotation), we seek to understand its fundamental magnetic properties as a function of layer number, including Curie temperature, magnetic ground states, domain dynamics, and the possibility of electrically-tunable magnetism. Using this fundamental knowledge, we will engineer heterostructures formed by monolayer semiconductor WSe2 and ultra-thin CrI3. Spin sensitive optical techniques will enable us to investigate emerging spin/pseudospin phenomena in monolayer WSe2 caused by magnetic proximity effects, and develop new optically-driven spintronic devices such as spin-photovoltaics. In addition to breaking new ground in the experimental investigation of magnetism in the 2D limit, the proposed work may impact future computing platforms, data storage, and consumer electronics by enabling compact, energy efficient devices.
摘要:尽管有近两千年的研究记录,磁性材料不断产生新的基础发现,并推动传感和信息存储等技术的重大进展。同样有趣的是最近出现的一种原子级薄的“二维”材料。它已经迅速发展到包含具有广泛技术相关特性的材料,厚度仅为人类头发的千分之一。然而,纳米技术工具箱的关键部件,原子薄的磁铁,是缺乏的。我们的目标是研究一种有前途的候选者,磁性半导体CrI3。利用对磁性敏感的光学方法,我们将研究其作为厚度函数的行为,从几十纳米到单个原子层。此外,我们将把原子级薄的CrI3与现有的二维半导体结合起来,形成原子级薄的异质结构。这将使我们能够探索在两种材料之间的界面上出现的新效果和功能。提出的多学科研究计划为本科生和研究生探索新型磁性材料在未来计算平台,数据存储和消费电子产品中的潜在影响提供了一个极好的平台。技术摘要:石墨烯的分离在单原子层的极限上开辟了物理科学的新前沿。自这一发现以来,包括半金属、半导体和超导体在内的许多二维材料已经实现,但尚未报道显示固有铁磁性的二维晶体。我们的目标是研究一种有前途的候选者,层状铁磁半导体CrI3。利用磁光谱学(光致发光、拉曼和光学克尔旋转),我们试图了解其基本磁性作为层数的函数,包括居里温度、磁基态、域动力学和电可调谐磁性的可能性。利用这些基础知识,我们将设计由单层半导体WSe2和超薄CrI3形成的异质结构。自旋敏感光学技术将使我们能够研究由磁邻近效应引起的单层WSe2中出现的自旋/伪自旋现象,并开发新的光驱动自旋电子器件,如自旋光伏器件。除了在二维极限下的磁性实验研究中开辟新天地之外,这项工作还可能通过实现紧凑、节能的设备,影响未来的计算平台、数据存储和消费电子产品。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Giant tunneling magnetoresistance in spin-filter van der Waals heterostructures
  • DOI:
    10.1126/science.aar4851
  • 发表时间:
    2018-06-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    56.9
  • 作者:
    Song, Tiancheng;Cai, Xinghan;Xu, Xiaodong
  • 通讯作者:
    Xu, Xiaodong
Giant nonreciprocal second-harmonic generation from antiferromagnetic bilayer CrI3
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019-08-22
  • 期刊:
  • 影响因子:
    64.8
  • 作者:
    Sun, Zeyuan;Yi, Yangfan;Wu, Shiwei
  • 通讯作者:
    Wu, Shiwei
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    Lei Ding;Haopeng Wan;Qiangbing Lu;Zhiheng Chen;Kangning Jia;Junyan Ge;Xuejun Yan;Xiaodong Xu;Guanbing Ma;Xi Chen;Haiou Zhang;GuoKuan Li;Minghui Lu;Yanfeng Chen
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    2019
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  • 作者:
    Yuzhao Zhang;Bin Xu;Qingyu Tian;Zhengqian Luo;Huiying Xu;Zhiping Cai;Dunlu Sun;Qingli Zhang;Peng Liu;Xiaodong Xu;Jian Zhang
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  • 作者:
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知道了