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新的二維材料有望成為自旋電子學(xué)候選者

2017-06-30 11:51:09 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) 分享至：

在美國(guó)能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Berkeley Lab）和加州大學(xué)伯克利分校的研究小組，制作了一種原子薄的材料，使其成為“”自旋電子學(xué)“有前途的候選人。

這種稱為1T‘相二碲化鎢（1T'-WTe2）的材料橋接了兩個(gè)研究領(lǐng)域：2D材料，包括表現(xiàn)特性與其較厚形式不同的單層材料，如石墨烯；拓?fù)洳牧希渲须娮涌梢砸钥深A(yù)測(cè)的方式在無(wú)阻力的情況下快速移動(dòng)，并且不受通常會(huì)阻礙其運(yùn)動(dòng)的缺陷影響。

在這種材料的邊緣，電子的旋轉(zhuǎn)和它們的動(dòng)量密切相關(guān)，并可預(yù)測(cè)。

該材料被稱為拓?fù)浣^緣體，因?yàn)槠鋬?nèi)表面不導(dǎo)電，并且其導(dǎo)電性（電子的流動(dòng)）被限制在其邊緣。

最新的實(shí)驗(yàn)證據(jù)可以將這種材料的用途提升為下一代應(yīng)用的測(cè)試對(duì)象，例如操縱其自旋屬性的新型電子設(shè)備，可以比當(dāng)前設(shè)備更有效地?cái)y帶和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

伯克利實(shí)驗(yàn)室高級(jí)光源（ALS）的物理學(xué)家兼職員科學(xué)家Sung-Kwan Mo說(shuō)：”這種材料對(duì)于自旋電子學(xué)研究應(yīng)該是非常有用的。電子的流動(dòng)與其自旋的方向完全相關(guān)，僅限于材料的邊緣。電子將沿一個(gè)方向行進(jìn)，并且有一種類型的旋轉(zhuǎn)，這對(duì)于自旋電子器件是有用的。“可以想象，以此材料制備的器件比當(dāng)前典型的電子器件的更加流暢地?cái)y帶數(shù)據(jù)，具有較少的功率需求和熱積聚。

”我們感到興奮的是，我們發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)材料系列（2-D拓?fù)浣^緣子），可以探索2-D拓?fù)浣^緣子的物理學(xué)特性，并進(jìn)行可能帶來(lái)未來(lái)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)。“斯坦福大學(xué)科學(xué)家、SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)和技術(shù)顧問(wèn)、該研究的共同領(lǐng)導(dǎo)者物理學(xué)教授沉志勛說(shuō)。他補(bǔ)充道：”這種一般類材料已被證明是穩(wěn)定的，并且在各種實(shí)驗(yàn)條件下保持良好，這應(yīng)該會(huì)使得該領(lǐng)域的發(fā)展更快。“

該材料在ALS（一種X射線研究設(shè)備）下制造和研究。伯克利實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué)訪問(wèn)博士后研究員兼該研究的共同主要作者唐書杰，在ALS高純度、真空密封的隔室中使用分子束外延生長(zhǎng)工藝3原子厚的結(jié)晶樣品。

研究工作從2015年開始，涉及到兩個(gè)學(xué)科的二十多位研究人員。研究團(tuán)隊(duì)還受益于伯克利實(shí)驗(yàn)室國(guó)家能源研究科學(xué)計(jì)算中心（NERSC）的計(jì)算工作。

2D材料具有獨(dú)特的電子特性，被認(rèn)為是將其應(yīng)用于自旋電子學(xué)應(yīng)用的關(guān)鍵。通過(guò)選擇性堆疊不同類型材料，針對(duì)特定用途定制材料的全球研發(fā)工作非常活躍。

”研究人員試圖將不同材料夾在彼此的頂端，以按照他們的意愿像樂高塊那樣調(diào)整材料，現(xiàn)在我們有這個(gè)材料的性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)證明，我們想用其他材料堆疊，看看這些屬性是如何變化的。“ Mo說(shuō)。

從原子薄層創(chuàng)建這樣的設(shè)計(jì)師材料的典型問(wèn)題是材料通常具有難以消除并且可能影響其性能的納米尺度缺陷。但是由于1T'-WTe2是一種拓?fù)浣^緣體，其電子性質(zhì)具有彈性。

”在納米尺度上，它可能不是一個(gè)完美的水晶，“Mo說(shuō)，”但是拓?fù)洳牧系拿利愂牵词鼓愕木w不完美，邊緣狀態(tài)仍然存在，缺點(diǎn)不會(huì)破壞關(guān)鍵性能。

展望未來(lái)，研究人員旨在開發(fā)較大的材料樣本，并發(fā)現(xiàn)如何選擇性地調(diào)整和強(qiáng)調(diào)特定的屬性。除了其拓?fù)涮匦灾猓溲芯繄F(tuán)隊(duì)研究的具有相似特性的“姊妹材料”也被認(rèn)為是光敏感的，并且對(duì)太陽(yáng)能電池和光電子學(xué)有用，它們控制用于電子設(shè)備的光。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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