Биполярный магнитный полупроводник

Биполярные магнитные полупроводники (БМС) представляют собой особый класс магнитных полупроводников , характеризующийся уникальной электронной структурой , в которой максимум валентной зоны (VBM) и минимум зоны проводимости (CBM) полностью поляризованы по спину в противоположном направлении спина. ^{[ 1 ]} BMS можно описать тремя энергетическими щелями: спин-флип-щелью Δ2 в валентной зоне (VB), запрещенной зоной Δ1 и спин-флип-щелью Δ3 в зоне проводимости (CB). ^{[ 2 ]} До сих пор биполярные магнитные полупроводники вместе с полуметаллическими и спиновыми бесщелевыми полупроводниками рассматривались как три важных класса материалов спинтроники . ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Управление ориентацией спина носителей заряда в биполярных магнитных полупроводниках с помощью электрического стробирования.

Свойства и потенциальное применение

Предложение биполярного магнитного полупроводника (БМС) направлено на реализацию электрического управления ориентацией спина носителей, что является ключевой научной проблемой при разработке высокоэффективных устройств спинтроники , поскольку электрическое поле можно легко приложить локально, в отличие от магнитного поля. В BMS ориентацией спина носителей можно управлять, просто изменяя знак приложенного напряжения на затворе. При нулевом напряжении на затворе (V _G = 0) BMS является полупроводниковым. При отрицательных напряжениях на затворе (V _G материала < 0), которые смещают уровень Ферми ( _EF ) вниз в спин-флип щель Δ2 в валентной зоне, BMS проводит с носителями, полностью поляризованными вверх, в то время как проводящие носители изменяются на полностью спины вниз. поляризуется, когда положительные напряжения на затворе (V _G > 0) толкают уровень Ферми (EF ₎ вверх в спин-флип щель Δ3 в зоне проводимости. Ожидается, что BMS будет применяться в качестве спинового фильтра с эффектом биполярного поля и спинового клапана с эффектом поля, а также в качестве детекторов и сепараторов запутанных электронов. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Разработка материалов

Теоретически предсказан ряд материалов BMS, таких как нанолисты MnPSe ₃ , сплавы Гейслера FeVXSi (X = Ti, Zr), двойные перовскиты A ₂ CrOsO ₆ на основе DPP. (A = Ca, Sr, Ba) и металлоорганический каркас . ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} Однако экспериментальная реализация электрического контроля ориентации спинов в этих материалах все еще остается сложной задачей и требует дальнейших экспериментальных усилий.

Ссылки

^ Фаргадан, Рухолла (01 августа 2017 г.). «Биполярный магнитный полупроводник в силиценовых нанолентах». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 435 . ScienceDirect : 206–211. Бибкод : 2017JMMM..435..206F . дои : 10.1016/j.jmmm.2017.04.016 .
^ Синсин Ли; Сяоцзюнь Ву; Женью Ли; Цзиньлун Ян; Цзяньго Хоу (20 июля 2012 г.). «Биполярные магнитные полупроводники: новый класс материалов спинтроники». Наномасштаб . 4 (18): 5680–5685. arXiv : 1208.1355 . Бибкод : 2012Nanos...4.5680L . дои : 10.1039/C2NR31743E . ПМИД 22874973 . S2CID 20651576 .
^ Хунчжэ Пан; Юаньюань Сунь; Юнпин Чжэн; Нуцзян Тан; Ювэй Ду (9 сентября 2016 г.). «Монослои B4 CN3 и B3 CN4 как многообещающие кандидаты в безметалловые материалы для спинтроники» . Новый журнал физики . 18 (9): 093021. Бибкод : 2016NJPh...18i3021P . дои : 10.1088/1367-2630/18/9/093021 .
^ Иржи Тучек; Петр Блонский; Юри Уголотти; Акшая Кумар Суэйн; Тошиаки Эноки; Радек Зборжил (2018). «Новые химические стратегии импринтинга магнетизма в графене и связанных с ним двумерных материалах для спинтроники и биомедицинских приложений». Обзоры химического общества . 47 (11): 3899–3990. дои : 10.1039/C7CS00288B . ПМИД 29578212 .
^ Синсин Ли; Цзиньлун Ян (07 августа 2013 г.). «Биполярные магнитные материалы для электрического манипулирования ориентацией спин-поляризации». Физическая химия Химическая физика . 15 (38): 15793–15801. Бибкод : 2013PCCP...1515793L . дои : 10.1039/C3CP52623B . ПМИД 23995379 .
^ Синсин Ли; Цзиньлун Ян (19 апреля 2016 г.). «Основные принципы проектирования материалов спинтроники» . Национальный научный обзор . 3 (3): 365–381. дои : 10.1093/nsr/nww026 .
^ Синсин Ли; Сяоцзюнь Ву; Цзиньлун Ян (18 июля 2014 г.). «Полуметалличность в расслоенном нанолисте MnPSe3 с легированием носителем». Журнал Американского химического общества . 136 (31): 11065–11069. дои : 10.1021/ja505097m . ПМИД 25036853 .
^ Цзяхуэй Чжан; Синсин Ли; Цзиньлун Ян (27 января 2015 г.). «Электрический контроль ориентации спинов носителей в сплаве Гейслера FeVTiSi». Журнал химии материалов C. 3 (11): 2563–2567. arXiv : 1411.3426 . дои : 10.1039/C4TC02587C . S2CID 119234819 .
^ Синсин Ли; Сяоцзюнь Ву; Женью Ли; Цзиньлун Ян (18 сентября 2015 г.). «Предложение общей схемы получения спиновой поляризации при комнатной температуре в асимметричных антиферромагнитных полупроводниках». Физический обзор B . 92 (12): 125202. Бибкод : 2015PhRvB..92l5202L . дои : 10.1103/PhysRevB.92.125202 .
^ Синсин Ли; Цзиньлун Ян (29 апреля 2019 г.). «На пути к магнитным полупроводникам при комнатной температуре в двумерных ферримагнитных металлоорганических решетках». Журнал физической химии . 10 (10): 2439–2444. doi : 10.1021/acs.jpclett.9b00769 . ПМИД 31034233 . S2CID 140380092 .

[1] Фаргадан, Рухолла (01 августа 2017 г.). «Биполярный магнитный полупроводник в силиценовых нанолентах». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 435 . ScienceDirect : 206–211. Бибкод : 2017JMMM..435..206F . дои : 10.1016/j.jmmm.2017.04.016 .

[2012Nanoscale-2] Синсин Ли; Сяоцзюнь Ву; Женью Ли; Цзиньлун Ян; Цзяньго Хоу (20 июля 2012 г.). «Биполярные магнитные полупроводники: новый класс материалов спинтроники». Наномасштаб . 4 (18): 5680–5685. arXiv : 1208.1355 . Бибкод : 2012Nanos...4.5680L . дои : 10.1039/C2NR31743E . ПМИД 22874973 . S2CID 20651576 .

[2016NJP-3] Хунчжэ Пан; Юаньюань Сунь; Юнпин Чжэн; Нуцзян Тан; Ювэй Ду (9 сентября 2016 г.). «Монослои B4 CN3 и B3 CN4 как многообещающие кандидаты в безметалловые материалы для спинтроники» . Новый журнал физики . 18 (9): 093021. Бибкод : 2016NJPh...18i3021P . дои : 10.1088/1367-2630/18/9/093021 .

[2018CSR-4] Иржи Тучек; Петр Блонский; Юри Уголотти; Акшая Кумар Суэйн; Тошиаки Эноки; Радек Зборжил (2018). «Новые химические стратегии импринтинга магнетизма в графене и связанных с ним двумерных материалах для спинтроники и биомедицинских приложений». Обзоры химического общества . 47 (11): 3899–3990. дои : 10.1039/C7CS00288B . ПМИД 29578212 .

[2013PCCP-5] Синсин Ли; Цзиньлун Ян (07 августа 2013 г.). «Биполярные магнитные материалы для электрического манипулирования ориентацией спин-поляризации». Физическая химия Химическая физика . 15 (38): 15793–15801. Бибкод : 2013PCCP...1515793L . дои : 10.1039/C3CP52623B . ПМИД 23995379 .

[2016NRS-6] Синсин Ли; Цзиньлун Ян (19 апреля 2016 г.). «Основные принципы проектирования материалов спинтроники» . Национальный научный обзор . 3 (3): 365–381. дои : 10.1093/nsr/nww026 .

[2014JACS-7] Синсин Ли; Сяоцзюнь Ву; Цзиньлун Ян (18 июля 2014 г.). «Полуметалличность в расслоенном нанолисте MnPSe3 с легированием носителем». Журнал Американского химического общества . 136 (31): 11065–11069. дои : 10.1021/ja505097m . ПМИД 25036853 .

[2015JMCC-8] Цзяхуэй Чжан; Синсин Ли; Цзиньлун Ян (27 января 2015 г.). «Электрический контроль ориентации спинов носителей в сплаве Гейслера FeVTiSi». Журнал химии материалов C. 3 (11): 2563–2567. arXiv : 1411.3426 . дои : 10.1039/C4TC02587C . S2CID 119234819 .

[2015PRB-9] Синсин Ли; Сяоцзюнь Ву; Женью Ли; Цзиньлун Ян (18 сентября 2015 г.). «Предложение общей схемы получения спиновой поляризации при комнатной температуре в асимметричных антиферромагнитных полупроводниках». Физический обзор B . 92 (12): 125202. Бибкод : 2015PhRvB..92l5202L . дои : 10.1103/PhysRevB.92.125202 .

[2019JPCL-10] Синсин Ли; Цзиньлун Ян (29 апреля 2019 г.). «На пути к магнитным полупроводникам при комнатной температуре в двумерных ферримагнитных металлоорганических решетках». Журнал физической химии . 10 (10): 2439–2444. doi : 10.1021/acs.jpclett.9b00769 . ПМИД 31034233 . S2CID 140380092 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]