《基於人工二維晶格的鐵磁金屬量子輸運性質研究》是依託廈門大學，由張純淼擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於人工二維晶格的鐵磁金屬量子輸運性質研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張純淼
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
低維結構材料因其獨特的對稱性和缺失的維度具有諸多新奇的物理性質，尤其與自旋相關的量子輸運已引起人們的廣泛關注。本項目圍繞這一前沿熱點，開展鐵磁金屬量子輸運性質研究。首先擬從第一性原理入手，計算零維鐵磁金屬（Fe、Co、Ni）量子點的穩定構型和自旋電子結構。實驗上，採用MBE技術，製備大尺度二維Au晶格，並通過最佳化生長及退火條件，在二維Au晶格角洞位置（相對於Si（111）-7x7襯底）構築鐵磁金屬量子點/量子點陣列。利用自旋極化掃描隧道顯微技術，表征不同溫度、磁場條件下量子點的表面形貌、自旋電子態及其空間分布，探索體系的量子態耦合以及自旋軌道耦合效應。進一步採用獨特的雙探針掃描隧道顯微技術，實現二維Au晶格周期勢場調控下體系角度分辨、路徑分辨的量子輸運性質表征，深入探索量子輸運特性的微觀物理機制，進而實現對其量子輸運行為的人為有效調控。
結題摘要
二維材料因其獨特的對稱性和缺失的維度具有諸多新奇的物理性質，尤其與輸運、自旋等相關的課題已成為科學研究的前沿熱點。本項目採用理論模擬結合實驗的方法對本課題作深入的探討。首先，通過第一性原理密度泛函理論,系統地研究了單層GaSe表面Fe原子吸附體系的幾何結構及自旋電子特性。計算發現，Fe單原子吸附的Fe/GaSe體系中Fe原子與最近鄰Ga,Se原子之間存在很強的反鐵磁耦合效應,使體系呈現100%自旋極化的半金屬性。對於Fe雙原子吸附體系,兩Fe原子之間的強相互作用導致費米能級附近的單自旋通道隨之轉變為雙自旋通道。其次，通過控制生長條件，在石墨烯片層及具有Moire Patterm的HOPG表面構建Fe、Co量子點及量子線結構，利用掃描隧道顯微技術表征鐵磁材料表面形貌及電子態結構，認識其電子態耦合特性。接著，結合傳統CVD方法，引入熱蒸鍍CVD生長技術，實現了大面積單層TMDCs晶體的生長，並在此基礎上構築了平面與垂直異質結構，進而實現了超晶格結構的可控生長。最後，基於此前對人工二維Au晶格的相關研究，進一步利用低溫MBE生長技術與獨特的雙探針STM技術對人工二維Au晶格的全新構築與電學輸運性質進行探索。研究發現，人工二維Au晶格中存在寬輸運帶隙、傳播各向異性、電子與空穴輸運的不對稱性等獨特特徵。其獨特的輸運特性可歸結為角洞密集排列引起的“電子運動混沌性”與由角洞排列方式決定的“結構對稱性”兩種因素的共同作用。此外，通過針尖填注技術與結構修飾實現局域超原子以及耦合超原子的構建，最終實現了以超原子共振態作為輸運調控“開關”、所修飾Au島尺寸作為調控“旋鈕”的可調共振輸運。以上研究結果為二維晶格的生長、超晶格的構築、二維材料體系量子輸運操控以及自旋結構材料的特性研究提供了一定的依據，對下一代二維電子器件的發展也具有重要的參考意義。
