Charge-Spin Conversions and Nonreciprocal Transport in Chiral Materials
Charge-Spin Conversions and Nonreciprocal Transport in Chiral Materials
批准号:
2325147
负责人:
Peng Xiong
金额:
$56.49万
依托单位:
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2024
资助国家:
美国
项目状态:
未结题
起止时间:
2024-01-01 至 2026-12-31
中文摘要
非技术摘要:半导体微电子是当今信息技术的核心,对许多其他公用事业来说也是不可或缺的。传统的半导体微电子只利用电子的电荷。已经证明,利用电子的自旋或本征磁性,不仅可以极大地提高性能,如显著降低功耗,而且还可以产生根本上的新功能,如非易失性和可重构逻辑。基于自旋的半导体电子学的一个重要组成部分是电子荷流和自旋极化之间的有效相互转换。这个项目旨在探索通过利用手性结构中的电子运动来产生、控制和检测半导体中极化自旋的新方法。手性结构是指表现出明显的左手效应的材料。产生排列良好的电子自旋的纯电子和无磁体方法具有使基于自旋的微电子不受任何磁性材料影响的潜力。因此,该项目包括基础科学研究和技术开发的宝贵结合,为学术界和半导体行业提供了一个有效的劳动力发展场所。技术摘要:有效的电荷和自旋态的相互转换是自旋电子学和量子计算的基础研究和设备功能的核心。特别令人感兴趣的是电产生自旋极化并将其读出为电荷信号,而不使用任何铁磁组件。这个项目研究了结构手性如何在三类不同的手性材料中产生自旋选择性以及更广泛的非互易输运效应,超越线性响应:手性有机分子的自组装单分子膜,无机手性晶体,以及有机-无机钙钛矿杂化。这项研究的一个直接目标是阐明手性诱导自旋选择性(CISS)效应背后的物理基础,手性诱导自旋选择性是指具有内在结构手性的材料中的电荷运动产生的自旋极化。更广泛地说,这项研究从对称性破缺、电子关联和非平凡的能带拓扑等方面考察了结构手性在紧急电子激发和新的输运效应中的一般作用。这项研究可能会产生一种概念上的无磁铁和完全电气的方案,用于产生、控制、检测和利用半导体中的极化自旋。这一奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
英文摘要
Non-technical Abstract:Semiconductor microelectronics is at the heart of today’s information technologies and indispensable for many other utilities. Conventional semiconductor microelectronics utilize only the charge of electrons. It has been demonstrated that harnessing the spin, or the intrinsic magnetic property, of electrons can not only greatly enhance the performance, such as dramatically reduce power consumption, but also produce fundamentally new functionalities such as nonvolatility and reconfigurable logics. An essential ingredient of spin-based semiconductor electronics is the efficient inter-conversions between electronic charge current and spin polarization. This project aims to explore new means of generation, control, and detection of polarized spins in semiconductors by exploiting electron motion in chiral structures, i.e. materials that exhibit distinct handedness. The pure-electronic and magnet-free methods of generating well-aligned electron spins hold the potential of enabling spin-based microelectronics free of any magnetic materials. The project therefore comprises an invaluable combination of basic science research and technology development, providing an effective venue of workforce development for both academia and the semiconductor industry.Technical Abstract:Efficient inter-conversions of charge and spin states are central to fundamental research and device functions of spintronics and quantum computation. Of particular interest are electrical creation of spin polarization and its readout as charge signals without using any ferromagnetic components. This project investigates how structural chirality engenders spin selectivity and, more generally, nonreciprocal transport effects beyond linear response, in three distinct classes of chiral materials: self-assembled monolayers of chiral organic molecules, inorganic chiral crystals, and hybrid organic-inorganic perovskites. An immediate goal of the research is to elucidate the physics underlying the effect of chirality-induced spin selectivity (CISS), where spin polarization emerges from charge motion in materials exhibiting intrinsic structural chirality. More broadly, the research examines the general roles of structural chirality in emergent electronic excitations and novel transport effects from symmetry-breaking, electron correlations, and nontrivial band topology. The research could lead to a conceptually new magnet-free and fully electrical scheme for the generation, control, detection, and utilization of polarized spins in semiconductors.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.
期刊论文(1)
专著(0)
科研奖励(0)
会议论文
Charge-Spin Conversions in Helical Metals and Chiral Materials
-
批准号:1905843
-
项目类别:Standard Grant
-
资助金额:$42.2万
-
财政年份:2019
-
负责人:Peng Xiong
-
依托单位:
Magnetism and Spin-Dependent Electronic Properties of Tailored Semiconductor Nanostructures
-
批准号:1308613
-
项目类别:Continuing Grant
-
资助金额:$56.0万
-
财政年份:2013
-
负责人:Peng Xiong
-
依托单位:
NIRT: Development, Functionalization, and Assembly of Nanoscale Biological Sensors
-
批准号:0210332
-
项目类别:Standard Grant
-
资助金额:$105.0万
-
财政年份:2002
-
负责人:Peng Xiong
-
依托单位:
Development of an Ultralow Temperature System with In Situ Thin Film Growth Capability
-
批准号:9871085
-
项目类别:Standard Grant
-
资助金额:$12.5万
-
财政年份:1998
-
负责人:Peng Xiong
-
依托单位:
国内基金
海外基金
登录
查看更多内容
SPIN90在幽门螺杆菌空泡毒素VacA致病中的作用及机制研究
-
批准号:82372269
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:49万元
-
批准年份:2023
-
负责人:张华威
-
依托单位:
解毒方抑制HIF-1α-Exosomal miR-130b-3p-SPIN90介导的巨噬细胞M2型极化改善肝癌免疫抑制微环境的作用机制
-
批准号:82374540
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:48.00万元
-
批准年份:2023
-
负责人:翟笑枫
-
依托单位:
SPIN1激活IL-10诱导M2巨噬细胞极化促进胃癌浸润转移的机制研究
-
批准号:82103490
-
项目类别:青年科学基金项目(C类)
-
资助金额:30.0万元
-
批准年份:2021
-
负责人:吕蓓蓓
-
依托单位:
自旋为1的Spin-Peierls模型的量子相变研究
-
批准号:--
-
项目类别:专项基金项目
-
资助金额:18万元
-
批准年份:2020
-
负责人:崔石峰
-
依托单位:
Spin-Peierls化合物的分子设计策略及电操控自旋态研究
-
批准号:22073047
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:64.0万元
-
批准年份:2020
-
负责人:任小明
-
依托单位:
SPIN1正反馈调控Hippo-YAP信号通路促胃癌侵袭转移的机制研究
-
批准号:82060566
-
项目类别:地区科学基金项目
-
资助金额:34.0万元
-
批准年份:2020
-
负责人:方紫凌
-
依托单位:
ETS1-SPIN1-PI3K/Akt网络调控乳腺癌耐药的分子机制研究
-
批准号:81902698
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:21.0万元
-
批准年份:2019
-
负责人:陈旭
-
依托单位:
紧spin流形上Dirac方程及相关问题的研究
-
批准号:11801499
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:23.0万元
-
批准年份:2018
-
负责人:杨旭
-
依托单位:
Spin-Seebeck效应中多自由度耦合的非平衡动力学研究
-
批准号:11864001
-
项目类别:地区科学基金项目
-
资助金额:42.0万元
-
批准年份:2018
-
负责人:魏同利
-
依托单位:
几乎平坦流形上的Spin结构和配边问题
-
批准号:11801186
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:24.0万元
-
批准年份:2018
-
负责人:熊跃山
-
依托单位: