[发明专利]一种通过门电压调控二维磁性半导体材料磁性能的方法

说明书

本发明提供了一种通过门电压调控二维磁性半导体材料磁性能的方法。在二维磁性半导体材料居里温度以下，通过对二维磁性半导体材料进行电子或空穴掺杂，使费米能级上下移动，由于多子、少子态密度的不同，导致静磁矩的变化，实现了在不同的门电压下磁学性质的电调控。基于该方法设计的自旋场效应器件实现了门电压对二维磁性半导体的磁性能调控，为未来超薄轻量化，柔性自旋场效应器件，以及二维堆垛结构多铁柔性器件开创了新的研究方向。

技术领域

本发明属于纳米材料异质结构应用研究领域，具体涉及一种通过门电压调控二维磁性半导体材料磁性能的方法及基于所述方法的自旋场效应器件。

背景技术

传统的电荷晶体管利用外加的门电压产生的电场效应改变半导体的费米能级位置，来实现晶体管沟道的开闭状态；电子除了携带电荷外，还具有自旋这个重要的内禀属性。然而对于磁性金属的自旋和半导体材料的电荷进行单独调控已无法满足信息技术发展的要求，磁性半导体材料拥有内禀自旋和态密度可调的特性，可以同时实现对自旋和电荷的调控，为未来信息技术产业的发展提供了新的可能。磁性半导体的电学性能和磁性性能相互关联，因此可以通过外加的门电压调控载流子的浓度，继而实现对磁性半导体的磁学性能进行调控。

近些年来，以石墨烯为代表的新型二维材料迅速发展并受到人们的广泛关注，稀磁半导体发展受限，以及磁控溅射和分子束外延对高真空和基底晶格匹配的要求，本征的二维磁性半导体受到越来越多的关注。二维磁性半导体可以通过CVD进行大面积生长，将自旋晶体管置于柔性基底上可以制备柔性器件，同时集成光电效应，在未来的信息技术产业中具有巨大的前景。

本发明基于自主生长的二维磁性半导体材料，选用少数层二维材料制备了自旋场效应器件，其在居里温度以下仍然导通并具有门电压可调控性，同时对二维磁性半导体材料进行电子或空穴掺杂，发现了在不同的门电压下磁学性质的电调控，该发现为未来自旋电子学的应用开辟了道路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过门电压调控二维磁性半导体材料磁性能的方法。在二维磁性半导体材料居里温度以下，通过对二维磁性半导体材料进行电子或空穴掺杂，使费米能级上下移动，由于多子、少子态密度的不同，导致静磁矩的变化，实现了在不同的门电压下磁学性质的电调控。基于该方法设计的自旋场效应器件实现了门电压对二维磁性半导体的磁性能调控，为未来超薄轻量化，柔性自旋场效应器件开创了新的研究方向。

本发明技术方案如下：

一种通过门电压调控二维磁性半导体材料磁性能的方法，其特征在于：在二维磁性半导体材料居里温度以下，通过对二维磁性半导体材料进行电子或空穴掺杂，实现在不同的门电压下磁学性质的电调控。

本发明所述通过门电压调控二维磁性半导体材料磁性能的方法，其特征在于：所述二维磁性半导体材料为可以通过门电压进行电子或空穴的掺杂的材料；所述二维磁性半导体材料为Cr₂Ge₂Te₆、CrSiTe₃、Cr₂Sn₂Te₆、K₂CuF₄、FePS₃、NiPS₃、MnPS₃、Fe₃GeTe₂、CrI₃、VSe₂二维层状材料或二维原子晶体。所述二维磁性半导体材料的厚度在0.5nm-50nm，可以通过力学解理单晶块体或化学生长等方式制备。

所述二维磁性半导体材料通过下列方法获得：化学气象沉淀、力学剥离解理、溶液中超声剥离或化学剥离。

本发明还提供了一种基于所述方法的自旋场效应器件，其特征在于，其制备方式为：