[发明专利]一种二维过渡金属硫族化合物能谷极化特性的调控方法有效
申请号: | 201910557744.6 | 申请日: | 2019-06-25 |
公开(公告)号: | CN110335819B | 公开(公告)日: | 2021-04-30 |
发明(设计)人: | 杨伟煌;李华;王高峰;周昌杰 | 申请(专利权)人: | 杭州电子科技大学 |
主分类号: | H01L21/34 | 分类号: | H01L21/34;H01L29/66;C23C14/08;C23C14/24 |
代理公司: | 杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙) 33240 | 代理人: | 王桂名 |
地址: | 310018 浙江省杭州*** | 国省代码: | 浙江;33 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 二维 过渡 金属 化合物 极化 特性 调控 方法 | ||
本发明涉及一种基于二维单层过渡金属硫族化合物能谷极化特性的调控方法,包括如下步骤:(1)采用化学气相沉积法在基底上生长二维单层过渡金属硫族化合物;(2)采用机械剥离法制备二维铁磁金属;(3)通过对准转移平台,将二维铁磁金属,对准转移到二维单层过渡金属硫族化合物上,形成二维单层过渡金属硫族化合物-二维铁磁金属异质结构;本发明使用二维铁磁金属材料与二维单层过渡金属硫族化合物形成异质结构,可以充分发挥二维材料的柔性、原子级薄厚度特点,有效避免了传统铁磁金属材料与二维材料形成的三维-二维异质结构而破坏二维材料本身特性的问题,可应用于超薄微型化和柔性自旋电子和能谷电子器件等的开发研究。
技术领域
本发明涉及一种基于二维单层过渡金属硫族化合物材料与二维铁磁金属异质结的能谷极化特性调控方法。
背景技术
随着科学技术的进步,基于电子的电荷和自旋两个内禀自由度操控的电子技术和结合磁学与微电子学的自旋电子学得到了广泛的发展。近年来,随着二维材料的兴起,科学家对特殊对称性晶体材料中将布洛赫电子的能谷作为自由度的研究产生了浓厚的兴趣。单层石墨烯具有六方晶体结构,其布里渊区费米面上的两个不等价的狄拉克锥点即K和K',通过时间反演对称性相互联系。美国德州大学的牛谦小组从理论上提出通过打破石墨烯的反演对称性,两个狄拉克锥处出现带隙,将会出现量子输运行为和能谷圆偏振光二色性选择吸收性,实现能谷极化及其测量。然而,在石墨烯中,可控的交错晶格势在实验室上是极难实现的,打破石墨烯的晶格对称性具有巨大的挑战。
过渡金属硫族化合物与石墨烯类似,层内依据强力共价键相互连接,层与层之间通过弱范德华力相互连接,其带隙随着层数减少而逐渐增大,单层时转变为直接带隙,且这些直接带隙交替分布在布里渊区六个角落上的不等价能谷K和K‘处。此外,单层过渡金属硫族化合物具有和石墨烯类似的蜂窝状晶格,空间反演对称性破缺。因此,它们是研究能谷电子学的理想天然材料。由于过渡金属原子d轨道的强自旋轨道耦合,K和K’能谷上的价带存在较大的自旋劈裂,约0.1-0.4eV;另一方面,由于时间反演对称性决定了不等价的K和K’能谷上的自旋劈裂必然相反。这种自旋-能谷耦合的物理机制使得不同能谷(K/K’)的带间光学跃迁可以被不同偏振(左旋/右旋)的光子激发。通过控制激发光源的圆偏振性,可以实现稳定的能谷极化控制以及对自旋和能谷自由度的交互调控。
通过对能谷极化的稳定控制,利用能谷自由度作为信息载体,可以实现一种新的信息编码方式,例如:可以把两种不同的能谷K和K’分别对应两种逻辑状态“0”和“1”来进行数据的存储。与传统的电子元件相比,这种通过调控能谷自由度以设计并实现相关功能的器件,具有信息不易丢失、处理速度快、功耗低、集成度高等优点。再结合材料本身的电学和光学特性,可以实现把存储、逻辑以及通信等功能高度集成起来的基于电子能谷自由度的新型多功能量子器件。虽然已有报道通过MnO、CoO等传统反铁磁材料来实现对单层过渡金属硫族化合物的能谷极化特性进行调控,但是因为这些传统反铁磁材料为体材料,与单层过渡金属硫族化合物形成的异质结不能充分发挥二维材料本身原子级厚度和可弯曲的优异性能。
发明内容
为了充分发挥二维材料在能谷极化特性调控中的优异性能,本发明提供了一种利用二维单层过渡金属硫族化合物与二维铁磁金属耦合杂化形成的异质结构进行能谷极化特性调控的新方法,采用化学气相沉积法生长二维单层过渡金属硫族化合物材料,机械剥离法产生二维铁磁金属,利用近邻磁矩耦合效应,通过调整异质结堆垛方式对能谷极化进行调控。
本发明采用的技术方案是:
一种二维过渡金属硫族化合物能谷极化特性的调控方法,包括如下步骤:
(1)采用化学气相沉积法在基底上生长二维单层过渡金属硫族化合物;
(2)采用机械剥离法制备二维铁磁金属;
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