基于铁磁二维材料范德华异质结谷/自旋调控研究

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二维材料一直以其优异的性能和多样的异质堆叠特性备受瞩目,随着时间的推移,各个领域都在微纳尺度展开了广泛地研究。范德瓦尔斯层状结构为研究二维体系中的光与物质相互作用提供了宝贵的平台,而单层过渡金属二硫属化物(TMDs2)材料(例如WSe2)能够实现光的旋光性和谷的自由度之间的耦合。最近,长程磁有序在二维单层Cr2Ge2Te6和CrI3中被发现,为研究原子级厚度的磁光现象提供了一个新的平台。CrI3是其中最具有代表性的材料之一,其居里温度(Tc)约为61 K,且其铁磁性表现出很强的层数依赖性,奇数层表现为铁磁性(FM),偶数层则表现为反铁磁性(AFM)。CrI3在0.1 T左右外磁场下即可达到其饱和磁化强度。在与TMDs二维材料组成的范德华异质结中,利用磁近邻效应,可以实现对TMDs自旋和谷极化的操控,这一特性对自旋电子学和谷电子学具有重要意义。本文针对CrI3和WSe2构成的范德华异质结构存在的磁近邻效应进行了研究,从-3 T到+3 T磁场下,研究了WSe2左右旋光荧光光谱的磁场依赖性和谷极化的变化规律。在不同磁场下,CrI3近邻磁场的磁化方向受到外加磁场的调控,WSe2不同旋光的荧光强度、能谷的劈裂等特性会因异质结中磁近邻场以及外加磁场磁化强度和方向而发生翻转。此外,我们进一步研究了CrI3与WSe2、CrI3与graphene组成的二维范德华异质结中磁近邻效应对WSe2、graphene磁阻特性的影响。通过构建CrI3与WSe2、CrI3与graphene的异质结电学器件,在300 K及10 K温度下,施加-7 T到+7 T的磁场,并同时改变栅压,测量CrI3-WSe2异质结以及CrI3-graphene异质结磁阻变化。对于CrI3-graphene范德华异质结,我们从中观测到了在300 K与10 K温度的比较下,外磁场作用下磁阻变化的不同以及栅压对异质结磁阻的调控,磁阻最大变化率为3.14%。本文使用更直接的测量方式验证了CrI3和WSe2异质结的磁近邻效应,并着重探索了由CrI3构成的铁磁范德华异质结磁近邻效应下磁场对磁阻的调控,为研究铁磁二维范德华异质结中的电学特性做出贡献,并为后续研究积累了经验。
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