磁性与自旋电子学研究案例集(一)

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单层CrOCl中磁相的双激励辅助工程和控制

二维材料的磁相控制和室温磁稳定性对于实现先进的自旋电子学和磁电功能是必不可少的。此工作利用第一性原理计算来全面研究二维 CrOCl 的磁性行为,揭示了应变和电场对材料的影响。研究揭示了单轴应变导致该层具有室温铁磁性的可行性,并检测到系统中存在铁磁-反铁磁相变,该相变沿扶手椅方向和锯齿方向是各向异性的。在这种应变效应之外,应变与电场的耦合使 CrOCl 的居里温度(Tc)~450 K 显著提高。这些基于详细模拟结果的预测显示了多激励磁相控制的前景,这对于实现磁机械传感器具有重要意义。

  • Phys. Chem. Chem. Phys., 2020, 22, 12806-12813(DOI:10.1039/d0cp01204a)

基于量子干涉的磁性分子结可开关自旋滤波器

摘要:控制分子结(MJs)的自旋度的能力在自旋电子学中有着广泛的应用。研究证明了自旋分辨量子干涉(SQI)能有效地改善 MJs 的自旋滤波行为。通过第一性原理计算结合非平衡格林函数研究,石墨烯/铬卟啉/石墨烯 MJs 的自旋分辨电荷输运表明,由于 SQI 的存在,可以通过改变分子长度来实现可调谐的自旋滤波行为。通过考虑温度和电子-声子相互作用的影响,揭示了这些 MJs 中与 SQI 相关的相位相干/退相干。此外,由于 Cr 增强的 SQI,在单卟啉结中掺杂Cr可以在低偏压区获得更高的自旋滤波效率。这些结果显示了 MJs 和 SQI 在分子集成电路中的巨大应用潜力,为利用量子干涉设计自旋分子器件提供了一种很有前途的方法。

  • Adv. Electron. Mater. 2020, 6, 2000689(DOI: 10.1002/aelm.202000689)

CrI3/SiC范德华异质结构的磁稳定性和谷分裂研究

最近实验制备的 CrI3 单分子膜由于其长程 FM 有序性而备受关注。然而,很低的居里温度Tc(~45k)严重限制了它的实际应用。研究者构建了 CrI3 的范德华异质结构和 SiC 薄膜,以探索改善磁性能的方法。计算结果表明,当 Tc 达到62.3 K 时,异质结构中 CrI3 层的 FM 耦合增强,这是由于超交换相互作用和邻近交换效应共同作用的结果。此外,本征非磁性 SiC 层也被磁化,并具有显著的磁交换谷分裂。更重要的是,随着层间间隙的减小,磁交换能稳步增加,使 Tc 达到128.8 K,外加电场也增强了异质结 FM 耦合,Tc 达到 93.14 K。这是因为异质结构上的物理场耦合增强了超交换相互作用和邻近交换效应。作者还观察到,谷的磁交换分裂导致了电磁耦合上明显的半金属特征。此发现为提高二维磁性材料的磁性稳定性和将磁性印迹到其他非磁性材料中提供了新的策略。

  • Applied Surface Science 560 (2021) 149858(DOI:10.1016/j.apsusc.2021.149858)

二维GaN中原子空位引起的强磁行为

摘要:引入点缺陷是诱导非常规强磁行为的一种重要方法。本文作者基于密度泛函理论(DFT)研究了 Ga 和 N 原子空位对二维平面和起伏的 GaN 磁性的影响。结果表明,Ga 空位的引入在二维平面和起伏的 GaN 中产生了非零磁矩,而 N 空位则没有。此外,对于平面结构,在两个不同的 Ga 空位比率范围中发生了不同的磁性行为。值得注意的是,当 Ga 空位比大于 1/16(每 16 Ga 原子有 1 Ga 空位)时,2D平面 GaN 表现出半金属性质,其费米能级的自旋极化达到100%。利用具有高 Ga 空位比的二维平面GaN作为铁磁层,可以在费米能级处获得具有超高自旋滤波效应的磁性隧道结,而空位率较低(小于1/16)的平面结构仍然是半导体结构。在这种结构中,作者发现带隙随着 Ga 空位比的减小而增大。对于二维起伏的 GaN,对于任意的 Ga 空位比,它都表现出与 Ga 空位相关的非零带隙。在这种情况下,可以通过改变 Ga 空位比率来调整带隙。

  • J Mater Sci (2021) 56:2311–2322(DOI:10.1007/s10853-020-05395-8)

利用破坏性量子干涉操纵磁性单分子结中的电流自旋极化

作者采用第一性原理方法,研究了破坏性量子干涉(DQI)对间苯撑乙烯型低聚物(OPE)磁性单分子结自旋相关输运性质的影响。作者探索了一种利用化学取代基控制 DQI 特性来控制电流自旋极化的可能策略。结果表明,通过在不同位置插入一个氮原子,可以明显地调整 DQI 特征的位置,从而选择性地抑制自旋分辨混合界面态(HIS)的透射峰。通过控制 DQI 凹陷的位置,可以提高或降低电流 SP。从格林函数和前线分子轨道的角度分析了 DQI 特征位移的性质。此外,这种现象在带有侧基取代基的分子连接中得到了进一步的证实。这项工作证明了可控DQI 在自旋相关输运性质中的作用,为操纵有机自旋电子器件的自旋功能提供了一种可行的方法。

  • J. Phys. Chem. C 2020, 124, 12144−12152(DOI:10.1021/acs.jpcc.0c02828)

 

 
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