Exploring Spin-Orbit Coupling and Correlated Phenomena in Iridate-Based Ferroelectric Transistors and Tunnel Junctions
探索铱基铁电晶体管和隧道结中的自旋轨道耦合和相关现象
基本信息
- 批准号:1710461
- 负责人:
- 金额:$ 49.9万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-09-01 至 2022-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Non-Technical Abstract:In heavy transition metal oxides such as iridates, the electron spin is strongly coupled with its orbital motion. This effect, when competing with other interactions involving the charge and structural order, can significantly alter the material's electronic and magnetic properties. This research project explores two material strategies to understand, control and enhance these couplings in iridate-based composite materials. The gained knowledge can be utilized to design novel nanoscale devices that transcend the performance limits of the current information technology. The research provides exciting research opportunities for students at the graduate, undergraduate and high school levels, exposing the students to cutting-edge nanoscience and materials research. The integrated outreach components aim at promoting the K-12 STEM education and disseminating science to the general public. The efforts include creating a web-based comic story centered around a teenage girl learning the related device concept and its application in modern electronic technology, and contributing a post on the related topic to the Funsize Physics website.Technical Abstract:The goal of this research project is to probe and control the spin-orbit coupling and correlation-driven phenomena in epitaxial thin films of the 5d transition metal oxides SrIrO3 and Sr2IrO4 using two prototype device structures, the ferroelectric field effect transistors and the ferroelectric tunnel junctions. The research activities include examining the individual roles of carrier density, lattice strain, and defects in the spin transport of SrIrO3, modulating the magnetic anisotropy in Sr2IrO4, searching for carrier density-driven metal-insulator and magnetic phase transitions, and exploring the tunneling characteristics of iridate-based tunnel junctions. This research involves advanced epitaxial deposition of complex oxide heterostructures, nanoscale device fabrication, scanning probe microscopy, variable temperature magnetotransport and tunneling spectroscopy studies. The proposed efforts stand to advance the fundamental understanding of spin-orbit coupling and its competition with various correlated energies in the heavy transition metal oxides. The gained knowledge can be leveraged to develop novel oxide-based nonvolatile or multifunctional electronic and spintronic applications.
摘要:在铱酸盐等重过渡金属氧化物中,电子自旋与其轨道运动强烈耦合。这种效应,当与其他涉及电荷和结构顺序的相互作用竞争时,可以显著改变材料的电子和磁性。本研究项目探索了两种材料策略,以理解、控制和增强铱基复合材料中的这些耦合。所获得的知识可以用于设计超越当前信息技术性能限制的新型纳米级器件。该研究为研究生、本科生和高中学生提供了令人兴奋的研究机会,使学生接触到尖端的纳米科学和材料研究。综合外展内容旨在推广K-12 STEM教育和向公众传播科学。他们的努力包括创建一个基于网络的漫画故事,故事围绕着一个十几岁的女孩学习相关的设备概念及其在现代电子技术中的应用,并在Funsize Physics网站上发表了一篇相关主题的文章。技术摘要:本课题旨在利用铁电场效应晶体管和铁电隧道结两种原型器件结构,探索和控制5d过渡金属氧化物SrIrO3和Sr2IrO4外延薄膜中的自旋轨道耦合和相关驱动现象。研究内容包括:研究载流子密度、晶格应变和缺陷在sr2iro3自旋输运中的单独作用;调节Sr2IrO4的磁各向异性;寻找载流子密度驱动的金属绝缘体和磁相变;探索铱酸盐隧道结的隧穿特性。这项研究涉及复杂氧化物异质结构的先进外延沉积,纳米级器件制造,扫描探针显微镜,变温磁输运和隧道光谱研究。所提出的努力将促进对重过渡金属氧化物中自旋轨道耦合及其与各种相关能的竞争的基本认识。所获得的知识可以用来开发新的基于氧化物的非易失性或多功能电子和自旋电子应用。
项目成果
期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Ferroelectric Domain Control of Nonlinear Light Polarization in MoS 2 via PbZr 0.2 Ti 0.8 O 3 Thin Films and Free‐Standing Membranes
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- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:29.4
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- 通讯作者:Hong, Xia
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- 发表时间:2019-02
- 期刊:
- 影响因子:3.4
- 作者:A. Rajapitamahuni;L. Tao;Yifei Hao;Jingfeng Song;Xiaoshan Xu;E. Tsymbal;X. Hong
- 通讯作者:A. Rajapitamahuni;L. Tao;Yifei Hao;Jingfeng Song;Xiaoshan Xu;E. Tsymbal;X. Hong
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- 影响因子:4.6
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- 通讯作者:Hong, Xia
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- 通讯作者:Yuewei Yin;Xuanyuan Jiang;M. Koten;J. Shield;Xuegang Chen;Yu Yun;A. N’Diaye;X. Hong;Xiaoshan Xu
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Feng Yu Qi
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