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新型“手性分子/半导体”结构的自旋注入特性及其调控研究

批准号:
12074018
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
王晓蕾
依托单位:
学科分类:
凝聚态物理新兴与交叉领域
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王晓蕾

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
在当今飞速发展的大数据时代,半导体自旋电子器件有望把存储和逻辑功能融合在一块芯片上,在信息工业界占据十分重要的位置。高效率的自旋注入是半导体自旋电子学发展的关键科学问题。本项目融合分子界面化学与自旋电子学这两个学科领域各自的优点,旨在通过手性分子作为产生自旋极化电流的新材料,借助自行开发的界面化学处理的核心技术,实现利用手性分子向半导体的自旋注入,研究手性螺旋结构诱导的自旋选择特性,揭示“手性分子/半导体”界面的电导匹配和抗自旋散射的物理机制,探明不同手性分子在不同半导体表面进行自组装和形成自旋输运通道的规律,最终以高自旋注入效率为目标,解决这个半导体自旋电子学一直以来的挑战性问题,在自旋量子调控方面开辟了一个独特路径,为将来有机分子在自旋电子学的大规模应用提供指导意见。
英文摘要
In today's rapidly developing big data era, semiconductor spintronic devices are expected to integrate memory and logic functions into one chip, occupying a very important position in the information industry. High efficiency of spin injection is a key scientific issue in the development of semiconductor spintronics. This project integrates the advantages of molecular interface chemistry and spintronics field. We aim to realize the spin injection into semiconductors by self-assembly chiral molecules and self-developed interface chemical treatment. The chiral molecules are novel materials that can generate spin polarized currents, originating from the spin filter effect which is induced by chiral helix structure. We will reveal the physical mechanism of conductance matching and anti-spin-scattering at the interface of chiral molecule/semiconductor hetero-junction. The self-assembly of different chiral molecules on different semiconductor surfaces and the formation of spin transport channels through interface will be clarified. Finally, with the goal of high spin injection efficiency, we will solve the challenging problem in semiconductor spintronics. This project will open up a new pathway in spin quantum manipulation, and provide guidance for utilizing organic molecules in spintronics widely in future.
半导体自旋电子学是近年来世界科技前沿的新兴领域之一。然而,铁磁电极向半导体的自旋注入效率低是一直以来的难题,获得更高自旋极化率和抗散射界面的新结构是当今的热点问题。本项目通过手性分子材料为半导体的高效自旋注入提供独特的解决方案,主要研究内容和重要结果如下:(1)借助自行开发的界面化学处理技术,突破了半导体载流子浓度的调制纪录,实现了磁性半导体磁矩的大幅度调控,获得了抗散射、低损耗的电荷输运通道。(2)发展了手性分子的自旋注入新技术,设计了非局域的自旋阀器件,实现了高效率(~98%)的自旋注入,模拟了可重构的计算功能,证明了基于手性分子的自旋器件具有写入速度快(3.6 ns)、功耗低(1.2 pJ)和制备简单(自组装)等优势。(3)基于光子-电子相互作用和自旋选择性,利用克尔技术检测分子单层膜的旋转角度,表征了分子的手征性,设计了一种同时实现手性识别和放大的新方法,为痕量生物分子的手性表征提供了一种有效的策略。(4)开发出了具有良好界面的新型范德华半导体材料,实现了电各向异性和磁各向异性的调控,为新型“手性分子/半导体”结构的自旋注入特性及其调控研究奠定基础,进一步制备了晶体管结构的铁电半导体神经形态器件,成功地模拟了生物突触的基本特征。(5)采用不同种类和链长的手性分子在半导体表面进行自组装,利用圆偏振光电流效应实现了手性分子向硅基半导体中的自旋注入、转化和调控,制备出了将存储和逻辑功能融为一体的新型半导体自旋电子器件。基于以上研究成果,项目负责人以第一/通讯作者身份在Nat. Communications (3篇),ACS Nano (2篇),Nano Letters (2篇),Nanoscale (2篇)等期刊发表论文19篇。本项目的顺利完成,不但在自旋量子调控方面开辟了一个独特路径,而且把逻辑、存储和感知等功能融合在一块新型的自旋芯片上,具有潜在的应用价值。
窄禁带半导体InSb低维纳米结构中的自旋调控
  • 批准号:
    11674312
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    71.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    王晓蕾
  • 依托单位:
国内基金
海外基金