《新型二維量子材料中的自旋性質研究》是依託北京大學，由韓偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型二維量子材料中的自旋性質研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：韓偉
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，矽基傳統微電子技術面臨嚴峻挑戰，器件尺寸不斷縮小，已接近其量子效應的物理極限。利用電子自旋，來代替電荷完成信息的傳輸和運算，可以實現新一代速度更快、功耗更低的信息處理器件。實現電子自旋信息處理器件的關鍵是獲得具有長擴散長度和調控能力的自旋通道。最近幾年中，石墨烯、石墨烯-其他二維材料異質結、拓撲絕緣體、單層二硫化鉬、黑磷、矽烯、鍺烯等新型二維量子材料的湧現為自旋電子學的科學研究提供了一個絕佳平台，特別是對於電子自旋與軌道、晶格、動量、谷等的相互作用和作為自旋輸運通道的探索。在申請人前期實驗的基礎上，本項目計畫通過自旋注入到這些二維量子材料中，系統研究電子自旋的輸運以及弛豫等科學問題。本項目旨在揭示電子自旋與其他自由度的內在耦合機制，並深入的探索適合自旋輸運和調控的通道和新型自旋器件，具有深刻而廣泛的學術意義和套用價值。
結題摘要
目前國際基礎研究的一個重要方向是基於電子自旋來完成信息存儲和運算功能。新型二維量子材料的湧現為自旋電子學的科學研究提供了一個絕佳平台。在本基金的資助下，我們按計畫對新型二維量子材料的自旋電子學物理性質開展了系統研究。四年來，研究進展相當順利，已很好地完成了本項目的研究任務，達到項目的預期目標。在拓撲絕緣體表面態、二維磁性材料、以及自旋超導新穎量子態等方向取得了一系列研究結果。共發表SCI論文23篇，包括Nature Mater. 1篇，Science Advances 3篇,Phys. Rev. Lett.和Phys. Rev. X各1篇，Nature Commum. 1篇等。取得的主要學術成果包括：1、自旋超導實驗上取得重要進展。自旋超導態呈現出零自旋阻現象，是由自旋波色子在低溫時凝聚成的超流態。我們課題組和謝心澄院士團隊緊密合作，巧妙的利用非局域自旋輸運測量方法，成功在低溫下觀測到了在單晶Cr2O3反鐵磁薄膜中的自旋超導實驗證據：零自旋阻現象。該實驗是自旋超導態研究領域的一項重大突破，首次為自旋超導態提供了可靠實驗證據。2、拓撲絕緣體表面態自旋性質研究取得重要進展。我們課題組系統地測量了低溫下近藤拓撲絕緣體SmB6表面態中逆Edelstein效應隨頻率、功率和磁場角度的變化關係，證實了所觀察到的自旋電荷轉換信號來自於拓撲絕緣體表面態的自旋動量鎖定關係。3、在二維磁性材料的自旋研究中取得突破。我們課題組成功從磁性塊材中製備出二維層狀 Cr2Ge2Te6，採用光學、電學等手段進行表征，證實了二維磁性材料的存在，並且系統地研究了電場對其電學、磁學性質的調控。此外，我們課題組研究發現二維MnPS3材料中的磁振子輸運距離在微米量級。這是二維磁性材料中磁振子研究的一個重要進展，為後期研究二維材料磁振子的量子特性和利用二維磁性材料作為磁振子輸運通道的磁子器件奠定了基礎。以上這些成果和發現，促進了新穎二維量子材料的自旋電子學發展，也為基於二維量子材料製造各種自旋器件提供了物理基礎。
