0 1引言
WSe?屬于TMD家族,具有層依賴性帶隙,從1.2 eV(塊體)到1.65 eV(單分子層)不等。單分子層WSe?作為一種極具發(fā)展前景的二維半導(dǎo)體,因其獨特的物理特性和在電子學(xué)、光電子學(xué)和自旋電子學(xué)等方面的潛在應(yīng)用而備受關(guān)注。目前,二維WSe?中的電子輸運研究主要集中在橫向結(jié)構(gòu)上,如場效應(yīng)晶體管、光電器件、自旋電子和谷電子器件。作為一種自旋閥結(jié)構(gòu),在實驗中觀察到WSe?結(jié)構(gòu)上存在負(fù)磁阻現(xiàn)象。盡管對TMD磁阻器件特別是基于MoS?磁阻結(jié)的大量實驗研究,但對WSe?器件的實驗和理論研究都很缺乏。磁阻是如何隨WSe?厚度變化的還不清楚。
0 2成果簡介
哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)陳曉彬老師課題組(第一作者:嚴(yán)坤)基于鴻之微量子輸運計算軟件Nanodcal進(jìn)行模擬計算,研究了具有m層WSe?(m=1,2,...,6)的Ni/WSe?/Ni結(jié)的磁阻特性。對于m≤ 2,這些結(jié)是金屬的,盡管少層WSe?材料本身具有半導(dǎo)體特征。然而,當(dāng)m>3時,結(jié)存在出輸運帶隙。有趣的是,當(dāng)中心層有多個WSe?層時,結(jié)的磁阻保持在6%左右,這與界面性質(zhì)的穩(wěn)定空間變化密切相關(guān),并可歸因于隧道區(qū)域沒有自旋翻轉(zhuǎn)。我們的結(jié)果表明,Ni/WSe?/Ni結(jié)具有穩(wěn)定的磁阻,對WSe?的厚度不敏感。
0 3圖文導(dǎo)讀
圖 1. (a)輸運結(jié)Ni/m-WSe2/Ni示意圖,上m=1,下m=2。 (b) 用矩形單元胞計算單層WSe2的能帶結(jié)構(gòu),(藍(lán)線)和(灰虛線)表示與電極晶格匹配之前和之后的能帶。 (c) 塊體Ni和界面附近Ni原子的局域態(tài)密度[在(a)的紅色框內(nèi)]。
圖 2. Ni/m- WSe2 /Ni結(jié)在(a) m = 1,(b) m = 2,(c) m = 3,(d) m = 5下的零偏置自旋分辨透射,費米能量設(shè)為零,自旋分辨?zhèn)鬏敺謩e用黑色實線和紅色虛線表示。
圖 2. Ni/m- WSe2 /Ni結(jié)在(a) m = 1,(b) m = 2,(c) m = 3,(d) m = 5下的零偏置自旋分辨透射,費米能量設(shè)為零,自旋分辨?zhèn)鬏敺謩e用黑色實線和紅色虛線表示。
圖 4. (a) Ni/1- WSe2/Ni結(jié),(b) Ni/3-WSe2/Ni結(jié)在費米能級下的自旋和k空間分辨?zhèn)鬏敗?/p>
圖 5. 自旋向下透射譜中峰值處的散射態(tài)分布,(a) Ni/1- WSe2/Ni,(b) Ni/3-WSe2/Ni
圖 6. (a) Ni/m-WSe2/Ni結(jié)的磁阻(MR)作為m的函數(shù),即WSe2層數(shù)。(b-c) 1層和3層結(jié)的局部磁矩分布。(d) Ni/m- WSe2 /Ni (m=1,2,3,5)沿輸運方向Ni原子層平均磁矩值及其變化。
0 4小結(jié)
我們利用第一性原理方法結(jié)合非平衡格林函數(shù),計算了Ni/m-WSe?/Ni結(jié)的量子輸運性質(zhì)。結(jié)果表明,當(dāng)m≤2時Ni/m- WSe?/Ni結(jié)為金屬自旋閥,當(dāng)m> 2時Ni/m- WSe?/Ni結(jié)為隧道結(jié)。金屬性可歸因于界面上Ni和Se原子之間的鍵合。當(dāng)m = 1時,Ni/m- WSe?/N結(jié)的磁阻為14.8%。對于m > 2,磁阻保持在6%左右。Ni/m- WSe?/Ni結(jié)磁阻的魯棒性與界面性質(zhì)隨層數(shù)m的變化一致。進(jìn)一步的分析表明,自旋只在最鄰近的WSe?層翻轉(zhuǎn),由于Ni和WSe?之間的界面耦合,這是金屬層,導(dǎo)致當(dāng)m>2時,Ni/m-WSe?/Ni結(jié)具有穩(wěn)定的MR。對于中間有少量WSe?層的Ni/WSe?/Ni結(jié),在低偏置電壓下,MR對層數(shù)(厚度)的魯棒性預(yù)期是有效的。
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原文標(biāo)題:文獻(xiàn)賞析丨Ni/WSe?/Ni結(jié)的磁阻:抗WSe?厚度的魯棒性
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