Strong Spin-Orbit Coupling and High Mobility via Complex Oxide Heteroepitaxy

通过复合氧化物异质外延实现强自旋轨道耦合和高迁移率

基本信息

  • 批准号:
    2037652
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 64万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-07-01 至 2025-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

NON-TECHNICAL DESCRIPTION: Microelectronics have continued to push the limits of miniaturization in efforts to improve performance. Improvements in device performance have been enabled by the introduction of new materials within the current microelectronics architecture but gains may not continue and new paradigms for devices are needed. In addition to improved performance, improved energy efficiency is an important factor in newer generations of devices. In order to develop a more energy-efficient electronics platform, spintronics, based on the manipulation of electron spin (not charge), has been identified as a promising alternative to present day charge-based microelectronics. Of particular interest are spintronics based on pure spin current where power dissipation is minimized because the movement of charge is minimized. This project addresses the challenge of identifying and developing a new class of materials for efficient spin current propagation and detection. One class of promising materials is based on metal oxide thin films of CaIrO3 and PdCoO2. The research involves the design, synthesis, and characterization of these thin films. Additional research activities include the training of undergraduate and graduate researchers, including underrepresented minorities, who are likely to find future employment in the information technology sector. TECHNICAL DETAILS: This integrated research and education program is focused on the development of a new class of conductors with high spin orbit coupling and high carrier mobility in 4d and 5d transition metal oxide thin films. Research activities include unique approaches to exploiting non-equilibrium processes to stabilize epitaxial iridate and Pd based oxide films. Synthesis of these films will be complemented with structural, electronic, and magnetic characterization of the films themselves and subsequent fabrication and characterization of spin current-based heterostructures composed of these films. This research is timely as it exploits recent development of iridate films and the recent increased understanding of spin current transport. These studies provide an avenue to large spin-to charge and charge-to-spin conversion necessary for spin current control and may enable a new type of spin current based microelectronics. Education aspects of this project include the training of education opportunities for undergraduate and graduate students and the development of an apprenticeship and modular materials physics curricular program for local high school students.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
非技术性描述:微电子学继续推动小型化的极限,以提高性能。通过在当前微电子架构中引入新材料,器件性能得到了改善,但收益可能不会持续,需要新的器件范式。除了改进的性能之外,改进的能源效率是新一代设备的重要因素。为了开发更节能的电子平台,基于电子自旋(而不是电荷)操纵的自旋电子学已被确定为当今基于电荷的微电子学的有前途的替代方案。特别感兴趣的是基于纯自旋电流的自旋电子学,其中功率耗散最小化,因为电荷的移动最小化。该项目解决了识别和开发用于有效自旋电流传播和检测的新型材料的挑战。一类有前途的材料是基于CaIrO 3和PdCoO 2的金属氧化物薄膜。该研究涉及这些薄膜的设计,合成和表征。其他研究活动包括培训本科生和研究生研究人员,包括代表性不足的少数群体,他们将来可能在信息技术部门找到工作。技术规格:这个综合性的研究和教育计划的重点是开发一类新的导体,具有高自旋轨道耦合和高载流子迁移率的4d和5d过渡金属氧化物薄膜。研究活动包括利用非平衡过程来稳定外延铱酸盐和钯基氧化物薄膜的独特方法。这些薄膜的合成将补充与薄膜本身的结构,电子和磁性表征和随后的制造和表征的自旋电流为基础的异质结构组成的这些薄膜。这项研究是及时的,因为它利用了最近的发展,铱酸盐薄膜和最近增加的理解自旋电流传输。这些研究为自旋电流控制所需的大自旋-电荷和电荷-自旋转换提供了途径,并可能实现新型的基于自旋电流的微电子学。该项目的教育方面包括为本科生和研究生提供教育机会的培训,以及为当地高中生开发学徒和模块化材料物理课程计划。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Large Spin-Orbit-Torque Efficiency and Room-Temperature Magnetization Switching in SrIrO3/ Co-Fe-B Heterostructures
SrIrO3/Co-Fe-B 异质结构中的大自旋轨道扭矩效率和室温磁化翻转
  • DOI:
    10.1103/physrevapplied.19.024076
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Li, Peng;Channa, Sanyum;Li, Xiang;Alahmed, Laith;Tang, Chunli;Yi, Di;Riddiford, Lauren;Wisser, Jacob;Balakrishnan, Purnima P.;Zheng, Xin Yu
  • 通讯作者:
    Zheng, Xin Yu
Magnetism and Optical Transparency in Ru-doped BaSnO 3 Epitaxial Thin Films
Ru 掺杂 BaSnO 3 外延薄膜的磁性和光学透明度
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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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In-plane uniaxial magnetic anisotropy of cobalt-doped Y3Fe5O12 epitaxial films
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  • 发表时间:
    1999
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    D. Dale;G. Hu;Vincent Balbarin;Yuri Suzuki
  • 通讯作者:
    Yuri Suzuki
Multiple time scales in diffraction measurements of diffusive surface relaxation.
扩散表面弛豫衍射测量的多个时间尺度。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2005
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    A. Fleet;D. Dale;A. Woll;Yuri Suzuki;J. Brock
  • 通讯作者:
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Large Spin-Orbit-Torque Efficiency and Room-Temperature Magnetization Switching in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" overflow="scroll"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Sr</mml:mi><mml:mi>Ir</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:m
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" Overflow="scroll"> 中的大自旋轨道扭矩效率和室温磁化切换
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Pengfei Li;S. Channa;Xiang Li;Laith Alahmed;Chu;Ding Yi;L. Riddiford;J. Wisser;P. Balakrishnan;Xingming Zheng;Di Lu;A. Vailionis;Shan X. Wang;Yuri Suzuki
  • 通讯作者:
    Yuri Suzuki
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尖晶石-尖晶石界面磁性与化学结构之间的相互作用
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  • 发表时间:
    2012
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  • 作者:
    B. Nelson;R. Chopdekar;M. Toney;E. Arenholz;Yuri Suzuki
  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    1995
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Haruko Kitaoka;Keiichi Kameoka;Yuri Suzuki;E. Sasaki;M. Majima;Kiyoshi Takada;Hideki Katagiri;Yoshitomo Oka;Nakaaki Ohsawa
  • 通讯作者:
    Nakaaki Ohsawa

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  • 批准号:
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  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 64万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Superconductivity in the presence of strong correlations and spin-orbit interactions
存在强相关性和自旋轨道相互作用的超导性
  • 批准号:
    RGPIN-2017-04873
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 64万
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    Discovery Grants Program - Individual
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存在强相关性和自旋轨道相互作用的超导性
  • 批准号:
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  • 财政年份:
    2019
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  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 64万
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