基于WSe₂结构上存在的负磁阻现象
0 1 引言
wse₂属于tmd家族，具有层依赖性带隙，从1.2 ev(块体)到1.65 ev(单分子层)不等。单分子层wse₂作为一种极具发展前景的二维半导体，因其独特的物理特性和在电子学、光电子学和自旋电子学等方面的潜在应用而备受关注。目前，二维wse₂中的电子输运研究主要集中在横向结构上，如场效应晶体管、光电器件、自旋电子和谷电子器件。作为一种自旋阀结构，在实验中观察到wse₂结构上存在负磁阻现象。尽管对tmd磁阻器件特别是基于mos₂磁阻结的大量实验研究，但对wse₂器件的实验和理论研究都很缺乏。磁阻是如何随wse₂厚度变化的还不清楚。
0 2 成果简介
哈尔滨工业大学（深圳）陈晓彬老师课题组（第一作者：严坤）基于鸿之微量子输运计算软件nanodcal进行模拟计算，研究了具有m层wse₂（m=1,2,...,6)的ni/wse₂/ni结的磁阻特性。对于m≤ 2，这些结是金属的，尽管少层wse₂材料本身具有半导体特征。然而，当m>3时，结存在出输运带隙。有趣的是，当中心层有多个wse₂层时，结的磁阻保持在6%左右，这与界面性质的稳定空间变化密切相关，并可归因于隧道区域没有自旋翻转。我们的结果表明，ni/wse₂/ni结具有稳定的磁阻，对wse₂的厚度不敏感。
0 3 图文导读
图 1. (a) 输运结ni/m-wse2/ni示意图，上m=1,下m=2。 (b) 用矩形单元胞计算单层wse2的能带结构，(蓝线)和(灰虚线)表示与电极晶格匹配之前和之后的能带。 (c) 块体ni和界面附近ni原子的局域态密度[在(a)的红色框内]。
图 2. ni/m- wse2 /ni结在 (a) m = 1，(b) m = 2，(c) m = 3，(d) m = 5下的零偏置自旋分辨透射，费米能量设为零，自旋分辨传输分别用黑色实线和红色虚线表示。
图 2. ni/m- wse2 /ni结在 (a) m = 1，(b) m = 2，(c) m = 3，(d) m = 5下的零偏置自旋分辨透射，费米能量设为零，自旋分辨传输分别用黑色实线和红色虚线表示。
图 4. (a) ni/1- wse2/ni结，(b) ni/3-wse2/ni结在费米能级下的自旋和k空间分辨传输。
图 5. 自旋向下透射谱中峰值处的散射态分布，(a) ni/1- wse2/ni，(b) ni/3-wse2/ni
图 6. (a) ni/m-wse2/ni结的磁阻(mr)作为m的函数，即wse2层数。(b-c) 1层和3层结的局部磁矩分布。(d) ni/m- wse2 /ni (m=1,2,3,5)沿输运方向ni原子层平均磁矩值及其变化。
0 4 小结
我们利用第一性原理方法结合非平衡格林函数，计算了ni/m-wse₂/ni结的量子输运性质。结果表明，当m≤2时ni/m- wse₂/ni结为金属自旋阀，当m > 2时ni/m- wse₂/ni结为隧道结。金属性可归因于界面上ni和se原子之间的键合。当m = 1时，ni/m- wse₂/n结的磁阻为14.8%。对于m > 2，磁阻保持在6%左右。ni/m- wse₂/ni结磁阻的鲁棒性与界面性质随层数m的变化一致。进一步的分析表明，自旋只在最邻近的wse₂层翻转，由于ni和wse₂之间的界面耦合，这是金属层，导致当m>2时，ni/m-wse₂/ni结具有稳定的mr。对于中间有少量wse₂层的ni/wse₂/ni结，在低偏置电压下，mr对层数(厚度)的鲁棒性预期是有效的。
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0 3 图文导读
图 1. (a) 输运结ni/m-wse2/ni示意图，上m=1,下m=2。 (b) 用矩形单元胞计算单层wse2的能带结构，(蓝线)和(灰虚线)表示与电极晶格匹配之前和之后的能带。 (c) 块体ni和界面附近ni原子的局域态密度[在(a)的红色框内]。
图 2. ni/m- wse2 /ni结在 (a) m = 1，(b) m = 2，(c) m = 3，(d) m = 5下的零偏置自旋分辨透射，费米能量设为零，自旋分辨传输分别用黑色实线和红色虚线表示。
图 2. ni/m- wse2 /ni结在 (a) m = 1，(b) m = 2，(c) m = 3，(d) m = 5下的零偏置自旋分辨透射，费米能量设为零，自旋分辨传输分别用黑色实线和红色虚线表示。
图 4. (a) ni/1- wse2/ni结，(b) ni/3-wse2/ni结在费米能级下的自旋和k空间分辨传输。
图 5. 自旋向下透射谱中峰值处的散射态分布，(a) ni/1- wse2/ni，(b) ni/3-wse2/ni
图 6. (a) ni/m-wse2/ni结的磁阻(mr)作为m的函数，即wse2层数。(b-c) 1层和3层结的局部磁矩分布。(d) ni/m- wse2 /ni (m=1,2,3,5)沿输运方向ni原子层平均磁矩值及其变化。
0 4 小结
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