[发明专利]一种自旋电子器件及其制备方法、调控方法

说明书

本发明公开了一种自旋电子器件及其制备方法、调控方法，上述自旋电子器件包括基体，以及在基体表面由下至上层叠设置的：LED构件层，势垒层，铁磁材料层以及二维外尔半金属层；其中，所述二维外尔半金属层选自MoTe₂、WTe₂、PtTe₂和TaTe₂中的一种；所述铁磁材料层选自CoFeB合金、Co‑Ni多层膜、Co‑Tb合金和Co‑Gd合金中的一种，所述势垒层选自MgO、Al‑O中的一种。本发明以二维外尔半金属层和铁磁材料层作为自旋注入端，通过利用二维外尔半金属的自旋轨道耦合效应实现电流‑自旋流的转换，从而利用自旋轨道转矩效应实现电流驱动自旋注入端中铁磁性层磁矩的翻转，达到无需外磁场来调控注入电子的自旋态，以实现调控自旋发光二极管的发光的极化状态。

技术领域

本发明涉及自旋电子学和半导体器件领域，具体涉及一种自旋电子器件及其制备方法、调控方法。

背景技术

在自旋电子学近30年的形成和发展历程中，一系列新材料、新结构及新物理效应的不断发现，极大地丰富了自旋电子学研究成果，同时促进了设计和研究一些新型自旋电子学材料结构的物理基础，从而推动了信息科学技术的快速发展和进步。自旋轨道转矩(Spin-Orbit Torque,SOT)一直是自旋电子学领域研究的热点，因为该效应已被证明是实现零磁场下利用电流驱动磁矩翻转的有效手段，为低功耗自旋电子学器件的开发提供了物理基础，并且最近形成了名为“自旋轨道电子学”一个自旋电子学领域中新的研究方向。

自旋电子学作为凝聚态物理中的新兴的重要学科之一，其自旋电子器件也是近年来的热门领域。其具有消耗少、速度快、高集成密度等优点，有望在下一代电子器件的发展中扮演着重要的角色。随着自旋电子学的巨磁阻(GMR)与隧道磁阻(TMR)效应被广泛应用于各类商业磁性存储器中。而各种新型电子自旋器件，如自旋发光二极管也得到了广泛的研究。自旋电子学的相关研究从某种意义上将也可以认为是围绕对自旋的注入、自旋的操控、自旋输运以及自旋探测的研究。

然而目前人们对于自旋的调控，更多是借助磁场，这使得自旋电子元器件存在能耗大、体积大、热量高等缺点，用磁场调控自旋方向也容易影响相邻区域的自旋，增加了系统出错率。因此，如何用更加能效的方式来调控电子自旋成为开发新一代自旋电子器件的挑战之一。目前普遍的自旋发光二极管(Spin-LED)基本是采用磁场调控电子自旋注入，需要外加磁场这在应用上不够简便。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述自旋调控缺陷，提供一种自旋电子器件及其制备方法、调控方法，可以达到无外磁场来调控注入电子的效果，并能有效地进行自旋注入。

为了实现上述目的，在基础的实施方案中，本发明一方面提供一种自旋电子器件，包括基体，以及在基体表面由下至上层叠设置的：

LED构件层；

势垒层；

铁磁材料层，以及

二维外尔半金属层；

其中，所述二维外尔半金属层选自MoTe₂、WTe₂、PtTe₂和TaTe₂中的一种；所述铁磁材料层选自CoFeB合金、Co-Ni多层膜、Co-Tb合金和Co-Gd合金中的一种，所述势垒层选自MgO、Al-O中的一种。

在一种优选的实施方案中，所述的二维外尔半金属层为MoTe₂、WTe₂或PtTe₂中的一种。

在一种优选的实施方案中，所述的铁磁材料层为CoFeB合金或Co-Ni多层膜。

在一种优选的实施方案中，所述的势垒层为MgO。