范德华多铁隧道结中面向存算一体的磁电协同控制多级导电态（Nanoscale 2024）
范德华多铁隧道结有望实现小型化、高密度和非易失性存储，在下一代数据存储和存算一体器件中具有巨大应用潜力。福州大学材料科学与工程学院萨百晟课题组联合北京航空航天大学和华中科技大学，采用结合密度泛函理论与非平衡格林函数结合的计算方法，模拟了由铁磁半金属材料 作为自旋过滤势垒，金属材料 作为电极，铁电材料 作为隧道势垒组成的范德华多铁隧道结器件的自旋输运性质。器件采用双层 作为隧道势垒时可以同时实现显著的隧道磁阻和隧道电阻效应，在非零偏压下，最大隧道磁阻和电阻比率分别可达6237％和1771％。进一步发现在该多铁隧道结内存在四种可区分的电导状态，即仅需一个多铁隧道结单元就可实现四态非易失性数据存储。且通过等效的磁、电开关可以分别控制器件电流的通断和大小，通过搭建多铁隧道结阵列可同时实现逻辑计算和多级数据存储。这些研究结果揭示了该隧道结在存算一体以及多级数据存储器件中的潜在应用。
- Cui, Z.; Sa, B.; Xue, K.-H.; Zhang, Y.; Xiong, R.; Wen, C.; Miao, X.; Sun, Z. Magnetic-Ferroelectric Synergic Control of Multilevel Conducting States in van Der Waals Multiferroic Tunnel Junctions towards in-Memory Computing. Nanoscale 2024, 16 (3), 1331–1344. https://doi.org/10.1039/D3NR04712A.
- 详细介绍：https://www.fermitech.com.cn/quantumatk/highlight-nanoscale-cui2024/
二维CoI2/MnBr2异质结构中的双极磁半导体和掺杂可控自旋输运特性
二维异质结构材料的集成仍然是在实际应用中操纵自旋电子学的基本方法。作者利用密度泛函理论预测了条形反铁磁（AFM）单层 $\mathrm{CoI}_2$ 和 $\mathrm{MnBr}_2$ 结构向层内铁磁有序的层间AFM $\mathrm{CoI}_2$/$\mathrm{MnBr}_2$ 异质结构的转变。有趣的是，$\mathrm{CoI}_2$/$\mathrm{MnBr}_2$ 异质结构表现出典型的具有I型能带排列的双极磁半导体状态。此外，电子/空穴掺杂可以有效地触发 $\mathrm{CoI}_2$/$\mathrm{MnBr}_2$ 异质结构中的半金属/半导体跃迁和自旋向上/自旋向下极化切换。作者的研究提供了AFM自旋电子学在信息存储和处理方面的潜力。
- Guo, T.; Xu, X.; Zhang, H.; Xie, Y.; Yang, H.; Rui, X.; Sun, Y.; Yao, X.; Wang, B.; Zhang, X. Bipolar Magnetic Semiconductor and Doping Controllable Spin Transport Property in 2D CoI2/MnBr2 Heterostructure. Applied Physics Letters 2024, 124 (6), 062404. https://doi.org/10.1063/5.0172966.
扭转调节纳米器件的电子和热传输特性
具有非零层间扭转角（θ）的扭转石墨烯层状材料最近变得很有吸引力，因为它们表现出一系列有吸引力的物理特性，包括莫特绝缘相和超导性。在这项研究中，作者考虑了由顶部为矩形苯并[6,3]-薄片的锯齿形石墨烯纳米带构建的纳米器件。使用密度泛函理论和非平衡格林函数方法，作者探索了如何通过顶部薄片扭转0°≤θ≤8.8°的角度来调节这种纳米器件中的电子和热输运特性。作者发现电子结构对堆叠类型以及扭转状态有很强的依赖性，特别是在AA堆叠器件中。在扭转角为1.1°的AA堆叠器件的态密度和电子透射光谱中，发现电子和空穴范霍夫奇点（vHS）非常接近费米能级，它们分别起源于小自旋分量的价带顶部和大自旋分量的导带底部的平坦度。由此确定，AA-1.1°器件中的这些vHS在更高的温度下是稳定的，并且随着可用状态数量的增加，导致AA-1.1℃中的电子热导率和总热导率的值更大。此项工作强调了扭转和堆叠在纳米级电荷和热开关制造中的重要作用，并推动了扭转层状结构的未来研究。
- Ostovan, A.; Milowska, K. Z.; García-Cervera, C. J. A Twist for Tunable Electronic and Thermal Transport Properties of Nanodevices. Nanoscale 2024, 10.1039.D4NR00058G. https://doi.org/10.1039/D4NR00058G.
单分子自由基中量子自旋转化的调控
自由基通常通过共价电子对键的断裂形成，在从合成化学到自旋电子学和非线性光学的各个领域发挥着重要作用。然而，在单分子水平上对自由基状态的表征和调控面临着巨大的挑战。本文介绍了通过敏感的单分子电学方法检测和复杂调整具有供体受体结构的单个双自由基的开壳特性。该自由基通过共价酰胺键夹在纳米带隙的石墨烯电极之间，以构建稳定的石墨烯-分子-石墨烯单分子结。作者测量了电导率作为温度的函数，并实时跟踪了闭壳和开壳电子结构的演变，开壳三重态随着温度的升高而稳定。此外，研究者通过电场和磁场等外部刺激来调节自旋状态，并提取闭合壳层和开放壳层状态之间转变的热力学和动力学参数。此发现为单分子自由基在外部刺激下的进化提供了见解，这可能有助于开发基于功能量子自旋的分子器件。
- Yang, C.; Chen, Z.; Yu, C.; Cao, J.; Ke, G.; Zhu, W.; Liang, W.; Huang, J.; Cai, W.; Saha, C.; Sabuj, M. A.; Rai, N.; Li, X.; Yang, J.; Li, Y.; Huang, F.; Guo, X. Regulation of Quantum Spin Conversions in a Single Molecular Radical. Nat. Nanotechnol. 2024. https://doi.org/10.1038/s41565-024-01632-2.
基于MnSe的范德华多铁性隧道结中可调谐的多个非易失性电阻态
由铁磁性金属和铁电势垒组成的二维（2D）范德华（vdW）多铁性隧道结（MFTJs）具有可控的厚度和干净的界面，可以实现隧道磁阻（TMR）和隧道电阻（TER）的共存。因此，它们在非易失性多状态存储器中具有巨大的应用潜力。作者使用第一性原理结合非平衡格林函数方法，系统地研究了具有不同势垒层数量的$\mathrm{Fe}_3\mathrm{GeTe}_2/\mathrm{MnSe}/\mathrm{Fe}_3\mathrm{GeTe}_2$ vdW MFTJs 的自旋相关输运性质。通过控制铁电势垒 $\mathrm{MnSe}$ 的极化取向和铁磁电极$\mathrm{Fe}_3\mathrm{GeTe}_2$ 的磁化取向，MnSe基MFTJ表现出四种非易失性电阻状态，随着 $\mathrm{MnSe}$ 层从双层增加到四层，TMR（TER）变得更高，并达到 $1.4\times10^6%$（4114%）的最大值。使用不对称的Cu和 $\mathrm{Fe}_3\mathrm{GeTe}_2$ 作为电极，可以将 TER 从 349% 进一步提高到 618%。此外，在这些 MFTJ 中具有完美的自旋过滤效果。这项工作展示了基于 MnSe 的器件在多态非易失性存储器和自旋滤波器中的潜在应用，这将促进对层可控自旋电子器件的实验研究。
- Guo, X.-H.; Zhu, L.; Cao, Z.-L.; Yao, K.-L. Tunable Multiple Nonvolatile Resistance States in a MnSe-Based van Der Waals Multiferroic Tunnel Junction. Phys. Chem. Chem. Phys. 2024, 26 (4), 3531–3539. https://doi.org/10.1039/D3CP05029G.
