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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原文标题:文献赏析丨Ni/WSe₂/Ni结的磁阻:抗WSe₂厚度的鲁棒性
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