用于细胞代谢检测的640 × 640 ISFET阵列
用于甲基苯丙胺检测的超灵敏晶体管生物传感器
用于生物化学检测的微悬臂梁传感器
新型核酸检测生物传感器及其在鲑鳟鱼类病毒性疫病检测中的应用前景
半导体生物传感器在病毒性人畜共患病检测中的应用与展望
用于病毒检测的生物功能化半导体量子点
基于汗液生物传感器的健康监测可穿戴纺织品
III族氮化物宽禁带半导体的高效p型掺杂新途径研究
钙钛矿量子点固体薄膜原位可控合成新策略
硅基94GHz多通道相控阵芯片组
官方微信
友情链接

基于范德瓦尔斯反铁磁绝缘体MnPS3(锰磷硫)的电控二维磁振子阀

2022-01-10

 

近年来发现的范德瓦尔斯磁体是一种低维自旋有序体系。这种体系由于在二维超薄极限下仍然可能具有磁序,且具有高度可调性和功能化特性而受到广泛关注。其中,二维磁体的自旋波量子(磁振子)作为一种低功耗的信息载体,在未来量子增强的信息技术领域具有重要的应用潜力。

磁振子应用于信息领域所面临的第一个门槛是制备类比于基于电荷的晶体管开关效应的磁振子的“开”态和“关”态。由于磁振子的强波动性,注入和探测磁振子信号相对易于实现,但是通过栅电极在非特征频率下完全关闭磁振子信号则是一个尚未解决的国际性难题。此前,人们通过磁场变化实现了磁振子信号的开关,然而磁场难以局域化的特点使得这类磁控磁振子阀无法进行规模集成。因此,实现可完全开关、易于小型化和集成化的电控磁振子阀一直是科学家的追求目标。

近日,北京大学物理学院量子材料科学中心、纳米器件物理与化学教育部重点实验室、北京量子信息科学研究院陈剑豪课题组实验发现低维磁体的磁振子输运过程具有高度可调性,并与北京大学谢心澄院士、近藤龙一(Ryuichi Shindo)研究员,复旦大学肖江教授、南洋理工大学刘政副教授和中山大学于鹏副教授等合作,建立了二维磁振子模型,并量化分析了其输运过程中的高度非线性;利用这种非线性,陈剑豪课题组制备了基于范德瓦尔斯反铁磁绝缘体MnPS3(锰磷硫)的磁振子阀(图1),实现了对其二次谐波磁振子信号的完全可逆电调控,并首次演示了扩散型磁振子逻辑非门(图2)。磁振子逻辑是一种崭新的低功耗数字电路方案,未来有望成为基于电荷逻辑方案的良好补充。

图1. MnPS3磁振子阀结构图。A. 反铁磁绝缘体MnPS3的晶体和自旋结构的原子模型;B. MnPS3磁振子阀器件的原子力显微图,其中注入端、栅极和探测端电极分别用深绿色、红色和蓝色标记;C. 磁振子的产生、调控和探测示意图,其中左上部分展示了带有外部电路的器件结构和面内磁场的方向,右下部分展示了栅极对自旋波的电调控,Iin为交流注入电流,Igate为直流栅极调控电流,V2ω为逆自旋霍尔电压二次谐波信号,θ为面内磁场与x方向的夹角。

图2. MnPS3磁振子阀的电调控。A. V2ω,0 与直流栅极电流Igate在B= 9 T、T= 2 K下的关系;B.V2ω在不同Igate下与外部磁场角度θ的关系;C.利用Igate在0 μA(“开”态)和 150 μA(“关”态)之间实现MnPS3 磁振子阀的反复开关(磁振子非门)。

这项研究工作还预言了包括但不限于CrI3(碘化铬)、CrBr3(溴化铬)、FePS3(铁磷硫)、CrPS4(铬磷硫)等一大类范德瓦尔斯铁磁和反铁磁材料,都将表现出与MnPS3类似的磁振子阀调控效果。该成果作为低维自旋电子学领域研究的一项突破,对材料科学、纳米电子学和物理学领域都将产生重大影响。

2021年11月1日,相关研究成果以“电控范德瓦尔斯磁振子阀”(Electrically switchable van der Waals magnon valves)为题,在线发表于《自然·通讯》(Nature Communications);北京大学2017级博士研究生陈光毅和齐少勉为共同第一作者;陈剑豪为通讯作者。

详情请点击论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-26523-1

来源:半导体学报微信公众号

 

 



关于我们
下载视频观看
联系方式
通信地址

北京市海淀区清华东路甲35号(林大北路中段) 北京912信箱 (100083)

电话

010-82304210/010-82305052(传真)

E-mail

semi@semi.ac.cn

交通地图
版权所有 中国科学院半导体研究所

备案号:京ICP备05085259-1号 京公网安备110402500052 中国科学院半导体所声明