衢州學院楊建輝Nanoscale:超薄二維Cr基MXene中的高磁阻效應

2021-02-15 材料人

某些金屬或半導體的電阻值隨外加磁場變化而變化的現象稱為磁阻效應。其被廣泛應用於磁傳感、磁存儲(磁卡、硬碟)等領域。艾爾伯·費爾和皮特·克魯伯格也因為他們在巨磁電阻效應中的巨大貢獻而獲得了2007年諾貝爾物理學獎。然而，隨著人們對電子器件的性能要求越來越高，尺寸要求越來越小，探索具有高磁阻效應的超薄磁性材料也成為一個重要方向。對傳統磁阻材料Fe/MgO/Fe的研究表明，磁阻效應隨著其厚度的減小而減小。因此，在降低材料厚度的同時仍保持較高的磁阻效應成為該領域的一個重要挑戰。其次，在製備磁阻器件的同時保持穩定的金屬氧化物界面也是另一個重要挑戰。

近日，衢州學院楊建輝博士與中科院寧波材料所陳亮課題組、山東師範大學王傳奎課題組、以及河北大學王瑞寧課題組合作。利用密度泛函理論與非平衡態格林函數方法研究發現Cr基MXene可以作為一種理想的磁阻材料。楊建輝博士的前期研究表明單層雙金屬Cr基MXene(Cr2TiC2F2)是一類反鐵磁結構(Applied Physics Letters 109, 203109 (2016))。其在基態下，上下兩層Cr原子層具有不同的自旋方向，中間的C原子層類似於絕緣層，整體結構與Fe/MgO/Fe的三明治結構非常相似，見圖1。可以說是最薄的一類磁阻材料。基於非平衡態格林函數方法的電子輸運計算結果顯示在1.0 V電壓作用下Cr基MXene的磁阻變化率超過了400%。並且體系的厚度僅為1nm左右，比目前使用的Fe/MgO/Fe三明治結構小近7倍。

圖1. Cr2CF2結構俯視圖與側視圖，以及Au/Cr基MXene/Au組成的磁阻器件示意圖。圖2. 金電極作用下Cr基MXene的I-V曲線。

準二維磁性材料在電子器件領域中具有非常大的應用前景。合理的設計與應用將使得目前電子器件的尺寸降低到原子級別。然而，這對相應的實驗製備技術要求非常高。因此，該方向仍然需要廣大科技工作者不停的努力。

論文連結：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/nr/c8nr04978e#!divAbstract 

本文由材料人編輯部編輯。

投稿郵箱

tougao@cailiaoren.com

投稿以及內容合作可加微信

cailiaokefu

材料人重磅推出特色計算服務，為廣大材料&化學科技工作者提供包括第一性原理計算、有限元計算、分子動力學計算、流體力學計算、相圖計算等一系列材料計算代算服務，以及相關的計算指導、培訓服務。如有需要，歡迎掃碼添加客服諮詢（微信號：cailiaoren001)

相關焦點

  • 衢州學院&中科院寧波材料所Matter:應用二維磁性半金屬設計出高開關比超薄自旋閥
    衢州學院楊建輝課題組與中國科學院寧波材料技術與工程研究所陳亮研究員、鍾志誠研究員合作在設計新型超薄自旋閥研究領域取得新進展。
  • 鉑金和鈦鐵石榴石基結構產生新的磁阻效應
    這些器件可以在某些材料中使用電子自旋對數據進行編碼、存儲、處理和傳輸。 自旋電子學的操作依賴於磁傳輸效應，如巨型磁阻（GMR） 和隧道磁輻射 （TMR），它們能夠以磁場的形式通過給定材料傳輸電子。自旋電子器件通常由兩個導電鐵磁層組成，由非磁性金屬層（即自旋閥）或絕緣層（即磁隧道結）隔開。
  • 未來電腦秒開機的黑科技就靠它,巨磁阻效應與電子自旋性是何物?
    他們發現，把具有鐵磁性的鐵和沒有磁性的鉻重複堆疊，組成「鐵鉻多層膜結構」，這個多層結構在外加磁場下，每一層鐵的磁矩方向會發生變化，而電流中含有兩種不同的電子自旋方向，分別感受到不同大小的電阻，因而導致非常大的磁阻效應，其電阻變化幅度高達 50％，這也就是我們所知的巨磁阻效應。
  • 隧道磁阻技術(TMR)及其應用簡介
    一、概述本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201809/392071.htm　　1、磁阻概念：材料的電阻會因外加磁場而增加或減少，電阻的變化量稱為磁阻(Magnetoresistance)。物質在磁場中電阻率發生變化的現象稱為磁阻效應。
  • 隧穿磁阻技術,磁傳感器的領軍者
    對於業內人士來說，磁阻的概念可以說是一個並不陌生的名詞：材料的電阻會因外加磁場而增加或減少，電阻的變化量稱為磁阻（Magnetoresistance）。物質在磁場中電阻率發生變化的現象稱為磁阻效應。同霍爾效應一樣，磁阻效應也是由於載流子在磁場中受到洛倫茲力而產生的。
  • 磁性的魅力―認識AMR磁阻傳感器
    最廣泛的是以感應磁場強度來測量電流、位置、方向等物理參數。在現有技術中，有許多不同類型的磁傳感器今天我們來認識下AMR磁阻傳感器。什麼是AMR磁阻傳感器?某些金屬或半導體在遇到外加磁場時，其電阻值會隨著外加磁場的大小發生變化，這種現象叫做磁阻效應，電阻的變化量叫做磁阻。1857年，Thomson發現坡莫合金的的各向異性磁阻效應。對於有各向異性特性的強磁性金屬, 磁阻的變化是與磁場和電流間夾角有關的。我們常見的這類金屬有鐵、鈷、鎳及其合金等。
  • 磁阻傳感器和霍爾傳感器的區別
    磁阻傳感器和霍爾傳感器的區別霍爾傳感器是根據霍爾效應製作的一種磁場傳感器霍爾傳感器特點：1、 霍爾傳感器可以測量
  • 汽車應用中磁阻傳感器系統的建模和仿真
    磁阻效應支持汽車內的多種傳感器應用。磁阻傳感器主要用來測量機械系統的速度和角度。這樣，磁阻傳感器就成為電氣元件、磁性元件和機械元件所組成的複雜系統的一部分。因為所有元件都會影響系統的反應，所以在規劃系統及其操作時要非常重視對整個系統的仿真。
  • 磁阻角度測量
    磁阻角度檢測系統（原理示意圖：未顯示去耦和所有連接）電路描述Sensitec AA747是一款基於AMR的角度傳感器，集成兩個電流隔離式惠斯登電橋，互相之間的相對角度為45°。AA747具有最低失調電壓(±2 mV)和高信號幅度(65 mV)。旋轉磁場激勵傳感器，使其輸出±65 mV電壓。
  • 採用鐵電效應控制有機自旋閥的磁阻的最新研究進展
    可通過「三明治」結構實現巨大的磁阻效應，即一個非磁性（NM）隔離層夾在兩個鐵磁（FM）電極之間。根據隔離層材料和厚度，自旋閥通常分為3種，1）隔離層為金屬；2）隔離層為一塊厚的半導體；3）隔離層為一塊薄的絕緣體。有機自旋閥通常屬於後2種分類。有機自旋閥具有壽命長、柔性佳、環境友好以及各式各樣化學組合的大量有機物可作為候選材料等優點。
  • 衢州杭州
    1000多年前，順著錢塘江溯流而上、直抵衢州，白居易看著煙霞飄渺的江郎山，發出了此番感慨。衢州與杭州相鄰，6個區縣市中，除了江山，全部與杭州相依，山山水水將兩座城市連為一體。便捷的水運，造就兩宋時期「兩浙」之翹楚、江南工商之重鎮的衢州。延續千年水路繁華，去年初，錢塘江中上遊航道全線通航暨衢州港龍遊港區開港，深居盆地的衢州通江達海。「成為全省經濟向中西部鄰省拓展的一個橋頭堡。」
  • 單分子器件的電子輸運通道調控及其巨磁阻效應研究取得進展
    2013年，他們通過金單晶表面酞氰錳分子中心錳原子對單個氫原子的吸附和脫附，實現了Kondo效應的「開」/「關」效應，從而在國際上首次實現單個自旋量子態的可逆操控及其在超高密度量子信息存儲中的原理性應用
  • La0.67Sr0.33MnO3-石墨烯表面的隧道各向異性磁阻效應
    利用單層石墨烯磁性的La0.67Sr0.33MnO3電極橋接，我們觀測到了在5 K磁阻的變化為32–35 MX。磁光克爾效應顯微鏡在同樣的溫度下揭示了來自平面內再定位電極磁化的磁阻效應，證實在La0.67Sr0.33MnO3石墨烯界面隧道各向異性磁阻。沒有自旋輸送大的電阻接通通過非磁性通道在石墨烯磁敏應用十分吸引人。
  • 衢州學院勞動節「雲接單」為學生曬被褥
    假期的陽光格外燦爛，在衢州學院宿舍樓之間，原本光禿禿的欄杆上每天白天幾乎被近千床被子佔領，許多宿舍的陽臺上花花綠綠擠滿了被子，這些沉寂了幾個月的被子被各學院的老師們不辭辛勞地搬上搬下，在陽光下肆意舒展，驅走一片潮氣，成為校園裡一道靚麗的風景線。
  • 【經典妙文】採用鐵電效應控制有機自旋閥磁阻的最新研究進展
    鐵電效應被引入有機自旋閥中可控制磁輸運，界面的能量分布和界面晶體結構對於界面處的自旋傳輸都是至關重要的。內容梳理 通過「三明治」結構可實現巨大的磁阻效應，即一個非磁性（NM）隔離層夾在兩個鐵磁（FM）電極之間。根據隔離層材料和厚度，自旋閥通常分為3種，1）隔離層為金屬；2）隔離層為一塊厚的半導體；3）隔離層為一塊薄的絕緣體。有機自旋閥通常屬於後2種分類。
  • 物理學院在拓撲絕緣體納米材料的光熱電效應研究方面取得系列新進展
    3納米片的輸運性質，發現其載流子遷移率高達104cm2/Vs，並且在14特斯拉強磁場下觀察到高達400%尚無飽和跡象的正磁阻效應，揭示了磁電阻與遷移率之間的相互關係（Applied Physics Letters 103，033106，2013）；磁輸運測量對於揭示拓撲表面態的物理性質具有重要意義，但是在垂直磁場下，
  • 基於磁阻傳感器的弱磁信號採集系統設計
    磁阻傳感器是感知磁性物體的存在或者磁性強度(在有效範圍內)的敏感元件。這些磁性物體除永磁體外，還包括順磁材料，也可感知通電線圈或導線周圍的磁場。本文選用霍尼韋爾磁阻傳感器HMC1002，它是二維磁阻微電路，是小型集成電路封裝(SOIC)的雙磁場傳感器。2隻傳感器的敏感方向互相垂直。
  • 進展|單分子器件的電子輸運通道調控及其巨磁阻效應取得重要進展
    2013年，他們通過金單晶表面酞氰錳分子中心錳原子對單個氫原子的吸附和脫附，實現了Kondo效應的「開」/「關」效應，從而在國際上首次實現單個自旋量子態的可逆操控及其在超高密度量子信息存儲中的原理性應用 [Scientific Reports 3, 1210 (2013)，被引用約100次]。
  • CrI3基範德華磁隧道結中的顯著的隧穿磁阻和出色的自旋濾波效應
    ||引 言 由不同的二維（2D）層狀材料堆疊的範德華（vdW）異質結不僅表現出短板互補的效應，而且還可能孕育了新穎的物理現象。尤其是最近興起的二維vdW磁性材料，例如Cr2Ge2Te2,CrX3(X=Cl, Br, I), MnBi2Te4等，為其在自旋電子學中的應用提供了新的機會。實驗上研究磁隧道結（MTJ）是利用反鐵磁材料作為釘扎層，然而迄今為止理論上尚未報導有關釘扎層對MTJ傳輸特性的影響的研究。HT相的CrI3展現層間反鐵磁性，為CrI3基MTJ提供了天然的釘扎層。
  • GT4515A磁阻傳感器與地磁場實驗儀應用
    一、概  述 地磁場作為一種天然磁源,在軍事、工業、醫學、等等中有著重要用途.地磁場的數值比較小,約10-5T量級,但在直流磁場測量,特別是弱磁場測量中,往往需要知道其數值,並設法消除其影響.本實驗採用新型坡莫合金磁阻傳感器測定地磁場磁感應強度及地磁場磁感應強度的水平分量和垂直分量；測量地磁場的磁傾角,從而掌握磁阻傳感器的特性及測量地磁場的一種重要方法