二维磁性范德华异质结界面耦合作用的电学输运研究
批准号:
12104330
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
龙根
依托单位:
学科分类:
表面界面与低维物理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
龙根
中文摘要
自旋电子学发展的核心问题之一是实现高效率的自旋探测以及操控。二维磁性材料因为将微观的自旋自由度和宏观的磁学性质联系起来,所以在自旋探测及操控方面有独特潜力。基于二维磁性材料的自旋探测以及操控主要通过界面耦合作用来实现。由于异质结界面发生的物理过程的复杂性(电荷转移、静电屏蔽、轨道杂化等过程同时作用),人们对二维磁性范德华异质结界面耦合作用的发生机制没有清晰理解。卤素化铬材料体系(CrI3, CrBr3, CrCI3)因为具有相同的晶格结构,相近的晶格常数以及不同的磁学结构成为研究磁性范德华异质结界面耦合作用的理想材料平台。本项目提出基于卤素化铬材料体系构建不同组分的磁性范德华异质结,并拟通过电学输运手段研究其界面耦合作用发生机制,以建立描述磁性范德华异质结基本电、磁学性质的有效模型,最终在模型基础上设计新型电子器件达到高效探测、操控电子自旋的目的。
英文摘要
The core issue of the development of spintronics is to achieve high-efficiency spin detection and manipulation. Two-dimensional magnetic materials have unique potential in spin detection and manipulation because they couple the microscopic degrees of freedom of spin with the macroscopic magnetic properties. Spin detection and manipulation based on two-dimensional magnetic materials are mainly realized through interface coupling. Due to the complexity of the physical processes that occur at the heterostructure interface (the simultaneous effects of charge transfer, electrostatic shielding, orbital hybridization, etc.), people do not have a clear understanding of the mechanism of two-dimensional magnetic van der Waals heterostructure interface coupling. The chromium halide material systems (CrI3, CrBr3, CrCI3) have the same lattice structure, similar lattice constants and different magnetic structures, which have become an ideal material platform for studying the interface coupling of magnetic van der Waals heterostructures. This project proposes to construct magnetic van der Waals heterostructures of different components based on the chromium halide material system, and intends to study the mechanism of its interface coupling through electrical transport methods to establish a description of the basic electrical and magnetic properties of magnetic van der Waals heterostructures Effective model, and finally design new electronic devices based on the model to achieve the purpose of efficiently detecting and controlling electron spin.
对自旋电子学进行秉要执本,核心问题是实现高效率的自旋探测以及操控。界面耦合作用在二维磁性材料自旋探测和操控中发挥关键作用。由于异质结界面发生的物理过程的复杂性,尚缺乏完善模型进行有效描述。卤素化铬材料体系因为具有相同的晶格结构,相近的晶格常数以及不同的磁学结构成为研究磁性范德华异质结界面耦合作用的理想材料平台。.在本项目中我们构建CrI3-CrBr3磁性范德华异质结,并通过电学输运手段研究其界面耦合作用发生机制,建立了描述磁性范德华异质结界面耦合机制的有效模型。首先通过隧穿输运测量在CrBr3发现了准共振隧穿现象。由于二维材料特殊层状结构,原子层之间范德华间隙厚度远大于原子层本身厚度。因此适用于常规块体材料的隧穿输运机制虽然可以描述二维材料隧穿整体行为,但无法描述范德华间隙在对隧穿电流的调制作用。在实验中,我们观测到隧穿电流的波动现象,并提出准共振隧穿模型解释了观测到的现象,为理解二维材料隧穿输运行为奠定模型基础。在此基础上,我们进一步将铁磁性CrBr3与反铁磁性CrI3在垂直方向上堆叠,形成垂直异质结。在对异质结隧穿输运测量中观测到隧穿电流的突变过程,伴随着低磁场下的回滞现象。最后建立一维原子链模型,发现铁磁和反铁磁界面上在常规自旋交换作用之外,还存在由于对称性破缺引起的DMI相互作用。
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