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新的二維材料有望成為自旋電子學(xué)候選者

2017-06-30 11:51:09 作者：本網(wǎng)整理來源：網(wǎng)絡(luò) 分享至：

在美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）和加州大學(xué)伯克利分校的研究小組，制作了一種原子薄的材料，使其成為“”自旋電子學(xué)“有前途的候選人。

這種稱為1T‘相二碲化鎢（1T'-WTe2）的材料橋接了兩個研究領(lǐng)域：2D材料，包括表現(xiàn)特性與其較厚形式不同的單層材料，如石墨烯；拓?fù)洳牧?，其中電子可以以可預(yù)測的方式在無阻力的情況下快速移動，并且不受通常會阻礙其運動的缺陷影響。

在這種材料的邊緣，電子的旋轉(zhuǎn)和它們的動量密切相關(guān)，并可預(yù)測。

該材料被稱為拓?fù)浣^緣體，因為其內(nèi)表面不導(dǎo)電，并且其導(dǎo)電性（電子的流動）被限制在其邊緣。

最新的實驗證據(jù)可以將這種材料的用途提升為下一代應(yīng)用的測試對象，例如操縱其自旋屬性的新型電子設(shè)備，可以比當(dāng)前設(shè)備更有效地攜帶和存儲數(shù)據(jù)。

伯克利實驗室高級光源（ALS）的物理學(xué)家兼職員科學(xué)家Sung-Kwan Mo說：”這種材料對于自旋電子學(xué)研究應(yīng)該是非常有用的。電子的流動與其自旋的方向完全相關(guān)，僅限于材料的邊緣。電子將沿一個方向行進(jìn)，并且有一種類型的旋轉(zhuǎn)，這對于自旋電子器件是有用的。“可以想象，以此材料制備的器件比當(dāng)前典型的電子器件的更加流暢地攜帶數(shù)據(jù)，具有較少的功率需求和熱積聚。

”我們感到興奮的是，我們發(fā)現(xiàn)了另一個材料系列（2-D拓?fù)浣^緣子），可以探索2-D拓?fù)浣^緣子的物理學(xué)特性，并進(jìn)行可能帶來未來應(yīng)用的實驗。“斯坦福大學(xué)科學(xué)家、SLAC國家加速器實驗室的科學(xué)和技術(shù)顧問、該研究的共同領(lǐng)導(dǎo)者物理學(xué)教授沉志勛說。他補充道：”這種一般類材料已被證明是穩(wěn)定的，并且在各種實驗條件下保持良好，這應(yīng)該會使得該領(lǐng)域的發(fā)展更快。“

該材料在ALS（一種X射線研究設(shè)備）下制造和研究。伯克利實驗室和斯坦福大學(xué)訪問博士后研究員兼該研究的共同主要作者唐書杰，在ALS高純度、真空密封的隔室中使用分子束外延生長工藝3原子厚的結(jié)晶樣品。

研究工作從2015年開始，涉及到兩個學(xué)科的二十多位研究人員。研究團(tuán)隊還受益于伯克利實驗室國家能源研究科學(xué)計算中心（NERSC）的計算工作。

2D材料具有獨特的電子特性，被認(rèn)為是將其應(yīng)用于自旋電子學(xué)應(yīng)用的關(guān)鍵。通過選擇性堆疊不同類型材料，針對特定用途定制材料的全球研發(fā)工作非?；钴S。

”研究人員試圖將不同材料夾在彼此的頂端，以按照他們的意愿像樂高塊那樣調(diào)整材料，現(xiàn)在我們有這個材料的性質(zhì)的實驗證明，我們想用其他材料堆疊，看看這些屬性是如何變化的。“ Mo說。

從原子薄層創(chuàng)建這樣的設(shè)計師材料的典型問題是材料通常具有難以消除并且可能影響其性能的納米尺度缺陷。但是由于1T'-WTe2是一種拓?fù)浣^緣體，其電子性質(zhì)具有彈性。

”在納米尺度上，它可能不是一個完美的水晶，“Mo說，”但是拓?fù)洳牧系拿利愂?，即使你的晶體不完美，邊緣狀態(tài)仍然存在，缺點不會破壞關(guān)鍵性能。

展望未來，研究人員旨在開發(fā)較大的材料樣本，并發(fā)現(xiàn)如何選擇性地調(diào)整和強調(diào)特定的屬性。除了其拓?fù)涮匦灾?，其研究團(tuán)隊研究的具有相似特性的“姊妹材料”也被認(rèn)為是光敏感的，并且對太陽能電池和光電子學(xué)有用，它們控制用于電子設(shè)備的光。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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