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新的二維材料有望成為自旋電子學候選者

2017-06-30 11:51:09 作者：本網整理來源：網絡分享至：

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“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域：2D材料，包括表現特性與其較厚形式不同的單層材料，如石墨烯；拓撲材料，其中電子可以以可預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，電子的旋轉和它們的動量密切相關，并可預測。

該材料被稱為拓撲絕緣體，因為其內表面不導電，并且其導電性（電子的流動）被限制在其邊緣。

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

伯克利實驗室高級光源（ALS）的物理學家兼職員科學家Sung-Kwan Mo說：”這種材料對于自旋電子學研究應該是非常有用的。電子的流動與其自旋的方向完全相關，僅限于材料的邊緣。電子將沿一個方向行進，并且有一種類型的旋轉，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前典型的電子器件的更加流暢地攜帶數據，具有較少的功率需求和熱積聚。

”我們感到興奮的是，我們發現了另一個材料系列（2-D拓撲絕緣子），可以探索2-D拓撲絕緣子的物理學特性，并進行可能帶來未來應用的實驗。“斯坦福大學科學家、SLAC國家加速器實驗室的科學和技術顧問、該研究的共同領導者物理學教授沉志勛說。他補充道：”這種一般類材料已被證明是穩定的，并且在各種實驗條件下保持良好，這應該會使得該領域的發展更快。“

該材料在ALS（一種X射線研究設備）下制造和研究。伯克利實驗室和斯坦福大學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原子厚的結晶樣品。

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

2D材料具有獨特的電子特性，被認為是將其應用于自旋電子學應用的關鍵。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工作非常活躍。

”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整材料，現在我們有這個材料的性質的實驗證明，我們想用其他材料堆疊，看看這些屬性是如何變化的。“ Mo說。

從原子薄層創建這樣的設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是一種拓撲絕緣體，其電子性質具有彈性。

”在納米尺度上，它可能不是一個完美的水晶，“Mo說，”但是拓撲材料的美麗是，即使你的晶體不完美，邊緣狀態仍然存在，缺點不會破壞關鍵性能。

展望未來，研究人員旨在開發較大的材料樣本，并發現如何選擇性地調整和強調特定的屬性。除了其拓撲特性之外，其研究團隊研究的具有相似特性的“姊妹材料”也被認為是光敏感的，并且對太陽能電池和光電子學有用，它們控制用于電子設備的光。

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責任編輯：殷鵬飛

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