Fe3GeTe2/h-BN/石墨烯二維異質(zhì)結(jié)器件中的高效率自旋注入*

楊維 韓江朝 曹元 林曉陽(yáng) 趙巍勝

(北京航空航天大學(xué)集成電路科學(xué)與工程學(xué)院, 北京 100191)

1 引 言

自從第一種二維材料石墨烯被剝離出來(lái)并用于自旋電子學(xué), 二維材料在自旋電子器件方面的巨大潛力引起了人們的廣泛關(guān)注[1].與塊體材料相比,二維材料的原子厚度、超凈的界面和靈活的堆疊方式為物理效應(yīng)和超低功耗器件的探索提供了巨大的機(jī)遇[2,3].其中, 在二維材料中的鐵磁性一直是人們探索的一個(gè)方向.早期工作是利用摻雜或缺陷和鄰近效應(yīng)向石墨烯中引入磁性[4].二維Cr2Ge2Te6是實(shí)驗(yàn)上第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的二維鐵磁材料, 其鐵磁性可以保留直到層數(shù)降低到兩層, 其居里溫度(Curie temperature,TC)從體材料中的68 K降低到了雙層中的30 K[5].CrI3是被發(fā)現(xiàn)的第一種單層二維鐵磁材料, 其TC僅有45 K, 磁序隨著層數(shù)的奇偶變化呈現(xiàn)出鐵磁性和反磁性[6].隨后, Fe3GeTe2和VSe2等單層二維材料中均發(fā)現(xiàn)了固有鐵磁性[7-10].基于二維鐵磁材料的范德瓦耳斯異質(zhì)結(jié)具有許多超越傳統(tǒng)體材料的優(yōu)勢(shì), 比如磁性可控[11-13]、磁阻巨大[14]和高效翻轉(zhuǎn)[15,16]等.這些優(yōu)勢(shì)使得二維鐵磁材料在自旋電子學(xué)的邏輯和存儲(chǔ)應(yīng)用方面具有極大的潛力[17-19].

在自旋電子學(xué)邏輯應(yīng)用方面, 一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是高效自旋注入.即把鐵磁材料中的自旋極化電流有效地注入到自旋傳輸?shù)臏系乐腥?石墨烯具有低自旋軌道耦合的特性和優(yōu)異的電學(xué)性能, 其自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度在實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)達(dá)到幾十微米, 是自旋傳輸?shù)睦硐霚系繹20].而在二維鐵……