《單層MoS2中的自旋極化輸運與調控》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由楊繼勇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：單層MoS2中的自旋極化輸運與調控
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊繼勇
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著微納電子技術的不斷深化，積體電路的進一步高密度化和器件的多功能化成為發展的必然趨勢，二維材料是未來製備納米器件的首選。單層MoS2電晶體具有高遷移率、高電流開關比率和低能耗的特性，使得單層MoS2成為製備下一代二維電子器件的最具前景的材料之一。在該基器件中同時實現電荷與自旋的操控，具有重要的意義。操控自旋的基礎是材料的自旋軌道耦合要比較強。單層MoS2中的自旋軌道耦合達到了160meV，理論預言其電子的自旋還具有面外極化的特性以及較長的自旋弛豫時間，進一步的理論研究還指出在該體系中可能觀測到自旋霍爾效應。是否能夠在MoS2實現自旋的操控，是目前亟待解決的問題。本課題中，我們將深入的研究MoS2中自旋軌道耦合誘導的相關極化輸運現象，包括極化電流的注入、自旋相干長度的測定、自旋霍爾效應的觀測以及自旋極化輸運的調控等等，為MoS2基自旋極化輸運器件的設計提供重要的實驗依據。
結題摘要
過渡金屬硫族化物材料MoS2是理論認為的最有可能在同一器件中同時實現電荷和自旋操控的材料之一，這對於電子器件的套用具有重要意義。本課題利用機械剝離單晶以及化學氣相沉積的辦法製備了大面積MoS2等過渡金屬氧硫族化物薄膜。採用電子束曝光結合電子束蒸發等微納米加工手段進行各種原型器件加工。同時，利用微區拉曼與螢光光譜、原子力顯微鏡、掃描電鏡、多功能物性測試系統等分析與表征手段對器件的性能進行了表征。項目實施基本按照原計畫進行並做了些微調，獲得了如下研究成果：（1）實現了包括MoS2在內的多種過渡金屬氧硫族化物層狀材料薄層樣品的機械剝離製備，以及MoS2的化學氣相沉積製備。（2）通過施加應變的方法實現了對MoS2自旋軌道耦合性能的原位調控，最大可以達到17%，這對開發MoS2基器件的功能具有一定意義。（3）完成了多種MoS2基原型器件的製備與表征，包括頂柵場效應結構、底柵場效應結構、雙極場效應以及以納米線為柵極的場效應結構，均實現了對MoS2電學性能的調控。在以鐵磁體為輸運電極的MoS2基器件中，未觀測到自旋極化輸運的信號，暗示該材料可能不具備自旋極化的輸運能力，這可能與該材料本身的化學穩定性有關。（4）在具有比MoS2更強自旋軌道耦合以及更好化學穩定性的Sr4Ru3O10材料中，通過尺寸受限，實現了對其自旋序的調控，並觀測到了“自旋閥”行為。同時，藉助研究MoS2的辦法，通過改變尺度實現了對VSe2電荷密度波特性的調控，通過施加應變以及電場的辦法，實現了對(Fe,Se)Te超導電性的調控。研究發現通過改變層狀材料尺度、所處電場、所受應變等均能有效的調控材料的物性，這對於豐富包括MoS2基器件在內的各種器件的功能具有一定意義。（5）在本項目資助下，共發表SCI論文4篇，包括Applied physics Letters兩篇，New Journal of Physics和Chinese Physics Letters各一篇。
