二维材料中谷与自旋自由度的耦合效应及其电磁调控
批准号:
11674132
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
齐景山
依托单位:
学科分类:
A2004.凝聚态物质电子结构
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
李晓、徐庆强、吴莎、钟良帅、史俊贤
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中文摘要
基于电子电荷自由度的传统半导体微电子学奠定了现代信息社会的基础,却面临高能耗与散热难的问题。探索利用电子谷自由度作为信息载体并通过控制谷极化来设计和实现相关功能器件,有望突破传统微电子学的发展瓶颈,为设计下一代电子信息器件提供新思路。我们近期研究表明,通过交换场解除谷简并是实现谷极化的一种有效可行的方案,值得进一步深入研究。本项目计划结合紧束缚模型、低能有效模型和第一性原理电子结构计算方法,针对几类具有谷自由度的新型二维材料,如层状过渡金属硫族化合物、层状过渡金属亚磷酸盐以及第Ⅳ主族原子单层,通过交换场的引入和优化来控制谷劈裂,进而理解谷、自旋以及轨道等自由度之间的耦合效应,揭示交换场和电场对谷、自旋以及层自由度的调控机制。在研究中,我们将根据需要发展新的理论模型和计算方法,并探索利用谷和自旋自由度设计下一代信息功能器件的新原理,推动这一新兴研究领域的发展。
英文摘要
Traditional semiconductor microelectronics, which is based on electronic charge degree of freedom, laid the foundation of modern information society, but is facing high energy consumption and low heat dispassion. Exploring to use the valley degree of freedom as an information carrier to design electronic devices is expected to break through the bottleneck of traditional microelectronics and provide new ideas for the design of the next-generation electronic devices. Our recent studies show that lifting valley degeneracy by the exchange field is an effective method for valley polarizations and is worth to further study. By combining the tight-binding model, low energy effective model and first-principles electronic structure calculation methods, we plan to introduce and optimize the exchange field in the layered transition metal chalcogenides, layered transition metal trichalcogenides and group IV atomic monolayer, to control the valley splitting. Our study will focus on the coupling effect between the valley, spin and orbit degree of freedom and controlling mechanism of the exchange field and electric field on them. In this sturdy, we also develop new theoretical model and calculation methods and explore new design principle of next-generation information devices. These studies will deepen our understanding on the basic scientific issues of valleytronics and promote the development of this emerging research field.
基于电子电荷自由度的传统半导体微电子学奠定了现代信息社会的基础,却面临高能耗与散热难的问题。探索利用电子自旋和谷自由度作为信息载体并通过控制自旋和谷极化来设计和实现相关功能器件,有望突破传统微电子学的发展瓶颈,为设计下一代电子信息器件提供新思路。本项目结合理论模型和第一性原理电子结构计算方法,主要研究了如下三个方面的内容:(1)针对几类具有自旋和谷自由度的新型二维材料,如层状过渡金属硫族化合物、层状过渡金属亚磷酸盐以及第Ⅳ主族原子单层等,通过交换场的引入和优化来控制自旋和谷劈裂,进而理解谷、自旋以及轨道等自由度之间的耦合效应,揭示了交换场和电场对谷、自旋以及层自由度的调控机制;(2)研究了二维铁磁半导体CrSBr中的电控磁性的物理机制、二维单相磁电多铁材料CuMP2X6 (M=Cr, V; X=S, Se)中的铁磁序和铁电序的共存机制、以及锡烯纳米带中自旋和谷自由度的电场控制机制;(3)提出了利用二维铁电材料和磁性材料构造范德瓦尔斯异质结构,并通过三个典型异质结构TMPc/In2Se3、InSe/CuInP2S6和V2C18H12/In2Se3为例研究了二维磁电多铁异质结构的设计原理和磁电耦合的物理机制,证实了此方案的可行性。这些研究加深了我们对二维材料及其异质结构的认识,揭示了谷和自旋自由度的耦合与电磁调控机制以及二维磁电多铁材料的设计原理和磁电耦合机制,为实际器件的设计和应用提供了理论参考,推动了这一新兴研究领域的发展。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Electric-polarization-driven magnetic phase transition in a ferroelectric–ferromagnetic heterostructure
铁电-铁磁异质结构中电极驱动的磁相变
DOI:10.1063/5.0036302
发表时间:2021-02
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:Dier Feng;Ziye Zhu;Xiaofang Chen;Jingshan Qi
通讯作者:Jingshan Qi
Valley splitting in the transition-metal dichalcogenide monolayer via atom adsorption
通过原子吸附在过渡金属二硫属化物单层中进行谷分裂
DOI:10.1039/c6nr05710a
发表时间:2017-02-14
期刊:NANOSCALE
影响因子:6.7
作者:Chen, Xiaofang;Zhong, Liangshuai;Qi, Jingshan
通讯作者:Qi, Jingshan
Electric field control of the semiconductor-metal transition in two dimensional CuInP2S6/germanene van der Waals heterostructure
二维 CuInP2S6/锗烯范德华异质结构中半导体-金属转变的电场控制
DOI:10.1063/1.5100240
发表时间:2019-06
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:Ziye Zhu;Xiaofang Chen;Wenbin Li;Jingshan Qi
通讯作者:Jingshan Qi
Two-dimensional multiferroic semiconductors with coexisting ferroelectricity and ferromagnetism
铁电性和铁磁性共存的二维多铁性半导体
DOI:10.1063/1.5038037
发表时间:2018-07
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:Qi Jingshan;Wang Hua;Chen Xiaofang;Qian Xiaofeng
通讯作者:Qian Xiaofeng
Electric Control of the Edge Magnetization in Zigzag Stanene Nanoribbons from First Principles
从第一原理对锯齿形锡烯纳米带边缘磁化的电控制
DOI:10.1103/physrevapplied.10.034048
发表时间:2017-06
期刊:Physical Review Applied
影响因子:4.6
作者:Qi Jingshan;Hu Kaige;Li Xiao
通讯作者:Li Xiao
弹性应变下原子薄膜的电子结构和输运性质的理论和计算研究
- 批准号:11204110
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:齐景山
- 依托单位:
国内基金
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