《磁性絕緣體/石墨烯異質結構的輸運性質研究》是依託北京大學，由吳燕飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：磁性絕緣體/石墨烯異質結構的輸運性質研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：吳燕飛
- 項目類別：青年科學基金項目
- 批准號：11604004
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
石墨烯是天然的單原子層結構的二維材料，具有優異的物理、化學和機械性能，其室溫自旋輸運相干擴散長度長達數微米，是自旋電子學套用的理想材料。磁化石墨烯對於石墨烯在自旋電子學領域的套用至關重要，也是石墨烯自旋電子學研究的一個熱點。研究預測，通過磁性絕緣體材料引入鄰近作用，可以使石墨烯產生自旋極化的電子輸運和量子反常霍爾效應。本項目擬通過微納加工技術製備磁性絕緣體/石墨烯功能器件，研究其異質結構的界面效應及調製後石墨烯的物理性質，特別是量子輸運特性；通過改性納米材料和調控形貌結構，調整製備工藝，探討各參數對界面效應及石墨烯物理性質的影響，明確結構和物性的關係；探索通過外電壓調節石墨烯磁性及量子輸運性質的方法，以期能觀測到石墨烯上新奇的量子輸運現象，如量子反常霍爾效應。本項目的研究有助於進一步認識石墨烯的自旋相關輸運性質，發現新的物理效應，並為石墨烯在低耗散的自旋電子器件上的套用研究提供參考。
結題摘要
磁化石墨烯對於石墨烯在自旋電子學領域的套用至關重要，也是石墨烯自旋電子學研究的一個熱點。理論預期，引入磁性絕緣體的鄰近作用可以磁化石墨烯。如果同時還引入強自旋-軌道耦合（SOC），可以打開一個拓撲非平庸的體能隙，有望實現量子反常霍爾效應。本項目採用磁性絕緣體鐵酸鉍(BiFeO3，簡稱BFO)納米片、微機械剝離法製備的單層石墨烯，通過微納加工技術成功製備了BFO/石墨烯的異質結構器件。通過輸運測量，系統研究了在磁性絕緣體作用下石墨烯的輸運性質。研究結果顯示，通過磁性絕緣體BFO的磁鄰近作用，成功在石墨烯上引入強交換場，實現石墨烯的自旋極化，在實驗上探測到顯著的自旋極化輸運；通過外加垂直磁場，在此異質結構中石墨烯基態（N=0 LL）能出現量子霍爾鐵磁態，在實驗上觀測到低耗散的螺旋型邊緣態的輸運。這種低耗散的邊緣態輸運可套用於高效的自旋電子器件。本項目的研究實現了異質界面耦合調控石墨烯的物理特性，也為實現石墨烯的量子反常霍爾效應做出一些探索工作。
