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铁掺杂室温稀磁ZnO半导体研究
摘要： 通过固相反应法烧结了不同组分的Zn1-xFexO（ZFO）系列陶瓷样品。当x < 0.03 mol时，获得了具有六方纤锌矿结构的单相多晶铁掺杂氧化锌样品，XRD图谱中未发现铁及其氧化物的偏析现象。当x ≥ 0.03 mol时检测到微弱的ZnFe2O4第二相。介电性能分析证实存在欧姆导电性，其麦克斯韦-瓦格纳-西尔斯（MWS）弛豫现象可通过晶界势垒缺陷（GBBD）过程解释。纯氧化锌样品的完全抗磁性向ZFO样品的顺磁性转变与缺陷及杂质结构相关。计算得出ZFO样品的带隙能量介于2.85 eV至3.15 eV之间。结果表明铁掺杂氧化锌陶瓷在高频器件应用中具有潜在价值。
关键词： 自旋电子学、X射线衍射、磁滞回线、稀磁半导体、介电常数、光学性质
更新于2025-10-22 19:40:53
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单层WSe?晶体管中谷霍尔效应对载流子自旋的空间分离
摘要： 我们利用20K下的光学克尔旋转测量研究了单层WSe2场效应晶体管中的谷霍尔效应(VHE)。虽然此前对VHE的研究主要集中在n型掺杂的MoS2上，但我们观察到WSe2在n型和p型掺杂区均呈现VHE?？昭ú粼邮垢貌牧霞鄞拇笞孕至训靡韵韵??？硕饬刻讲饬薞HE诱导的谷载流子不平衡的空间分布。在电流作用下，我们观察到晶体管沟道边缘存在明显的自旋-谷极化。通过分析克尔旋转强度，我们推断在p型掺杂区边缘区域积分的自旋-谷密度为44个自旋/微米。假设自旋扩散长度小于0.1微米，这对应着空穴的自旋-谷极化率超过1%。
关键词： 磁光克尔效应、二硒化钨、谷电子学、自旋电子学
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于非平衡格林函数的相干自旋器件电路模型
摘要： 随着自旋电子学领域的最新进展，如今可以构想出包含磁体与互连结构的"自旋驱动"器件——这类器件需要采用广义费米函数和电流的新型输运模型，其中每个函数/电流都包含四个分量：一个用于电荷，三个用于自旋。相应的阻抗元件并非纯数值，而是4×4矩阵。我们从弹性、相位相干输运范畴的非平衡格林函数（NEGF）形式体系出发，推导出适用于存在普通金属（NM）引线的多端器件的自旋广义Landauer-Büttiker公式，这些公式涉及此类4×4电导率。除描述接触点电流的常规"端接"电导率外，我们还提供了描述导体内部铁磁（FM）区域所吸收自旋电流的"自旋转移矩"电导率，并通过端接处的费米函数明确表征这两种电流。我们推导出此类矩阵电导率应遵循的普适求和规则与互易关系。最后，我们将该理论模型应用于描述二维体系中Rashba效应和Hanle效应的两个示例哈密顿量。研究成果使得纯量子输运模型能作为构建?？椋糜诖唇ǜ丛幼孕缱友в肽擅状判越峁辜捌骷牡缏纺Ｐ?，从而在类SPICE仿真器中进行模拟。
关键词： 拉什巴效应、自旋电子学、朗道尔-布蒂克公式、自旋转移矩、非平衡格林函数、汉勒效应、SPICE仿真
更新于2025-09-23 15:23:52
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石墨烯开壳层纳米结构中的单自旋局域化与操控
摘要： 将石墨烯磁化是使其成为自旋电子学活性材料的一个前景广阔的挑战。理论预测表明，具有特定形状的石墨烯结构可通过π电子的库仑排斥作用自发产生磁性，但其实验验证极具挑战性。本研究报道了在金表面观测和操控石墨烯开壳层纳米结构中单个磁矩的现象。通过扫描隧道谱技术，我们利用近藤效应检测到碳骨架特定锯齿位点周围局域化的单电子自旋。研究发现相邻自旋会耦合形成单重态基态，并通过单重态-三重态非弹性电子激发量化其交换相互作用。理论模拟揭示了电子关联如何产生具有实验观测空间分布特征的自旋极化自由基态。结合在自由基位点的额外氢原子会淬灭其磁矩，并使纳米结构的自旋以半整数形式发生翻转。本工作证实了石墨烯纳米结构固有的π参数磁性。
关键词： 扫描隧道谱学、石墨烯、近藤效应、磁性、自旋电子学
更新于2025-09-23 15:23:52
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[IEEE 2018年国际半导体工艺与器件模拟会议（SISPAD） - 美国德克萨斯州奥斯汀市（2018年9月24日至26日）] 2018年国际半导体工艺与器件模拟会议（SISPAD） - FANTASI：一种用于快速估算自旋电子学写入错误率的新型器件到电路模拟框架
摘要： 尽管自旋转移矩（STT）、自旋轨道矩（SOT）和电压控制磁各向异性（VCMA）等物理机制有望实现自旋电子器件的高能效超快开关，但由于热涨落，其开关过程具有随机性。因此自旋电子学领域亟需理解电路设计与开关机制误码率（即写入误码率）之间的相互作用。本文提出一种创新性的器件-电路联合仿真框架（FANTASI），可快速估算不同自旋电子器件与电路的写入误码率。研究表明，该框架能有效实现自旋电子器件-电路协同设计，其结果与实验测量数据高度吻合。
关键词： ?？?普朗克方程、自旋轨道力矩、自旋转移力矩、电压控制磁各向异性、自旋电子学
更新于2025-09-23 15:22:29
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(Ga, Cr)N和(Ga, Cr, V)N化合物在自旋电子技术中的半金属铁磁行为：基于第一性原理与蒙特卡罗方法的研究
摘要： 本文利用第一性原理和蒙特卡罗方法研究了掺杂单杂质与双杂质的氮化镓的磁性与电子特性。我们预测(Ga,Cr)N和(Ga,Cr,V)N化合物在费米能级处呈现100%自旋极化的铁磁性与半金属性。此外发现Ga1-xCrxN和Ga1-2xCrxVxN（x=0.04、0.05及0.06）具有二级铁磁相变且居里温度高于室温。这些预测使(Ga,Cr)N和(Ga,Cr,V)N化合物成为自旋电子技术的有力候选材料。
关键词： 从头算计算、蒙特卡罗方法、稀磁半导体、自旋电子学、氮化镓
更新于2025-09-23 15:22:29
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垂直磁化铁磁共振Mn?N薄膜在SrTiO?衬底上生长的毫米级磁畴
摘要： 基于畴壁的自旋电子学应用中，外延层的使用常受钉扎位点影响。本研究显示，采用Mn4N（10纳米）外延薄膜时，以SrTiO3(001)衬底替代MgO(001)能显著降低晶格失配，从而获得更优的结晶质量、更陡峭的磁化翻转、完全剩磁、高各向异性以及具有笔直平滑畴壁的毫米级磁畴。在稀土铁磁体中电流诱导畴壁运动研究日益受到关注的背景下，我们证明无稀土的Mn4N/SrTiO3体系是极具前景的电流诱导畴壁运动铁磁系统。
关键词： 畴壁运动，Mn4N，亚铁磁性，自旋电子学，SrTiO3
更新于2025-09-23 15:21:21
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钴掺杂溶胶-凝胶法制备的锐钛矿相TiO?纳米晶体中光学带隙窄化与磁矩增强的观测
摘要： TiO2及掺杂TiO2纳米晶体的磁学行为因氧化物半导体中缺陷本质的不确定性而成为研究难题。本研究开发了一种简单、低温的溶胶-凝胶法，用于合成低维且高度稳定的高效锐钛矿相TiO2纳米晶体。X射线粉末衍射图谱和拉曼光谱证实了单相锐钛矿结构TiO2的形成。高分辨透射电镜研究表明溶胶-凝胶法制备的纳米晶体具有结晶特性。Co掺杂TiO2纳米晶体微区拉曼光谱中最强Eg(1)模的峰位偏移与展宽，结合晶格参数增大，表明Co已掺入TiO2晶格。紫外-可见光谱中吸收边向可见光区移动，显示Co掺杂导致带隙变窄。X射线光电子能谱证实Co掺杂样品中存在Co2+和Co3+。氧空位缺陷形成束缚磁极化子，使空气退火处理的3% Co掺杂TiO2在室温下呈现弱铁磁性。研究发现无论掺杂离子是否具有磁性，仅束缚磁极化子的重叠就能诱导铁磁性，而磁性杂质在高Co浓度下会产生增强的顺磁矩。通过估算束缚磁极化子浓度详细阐释了这些磁学性质的变化规律，该结论与光致发光研究相互印证。Co掺杂TiO2纳米结构中观察到的带隙变窄现象，以及与磁性杂质浓度相关的磁相互作用机制，在自旋电子器件和磁光器件应用领域具有重要优势。
关键词： 自旋电子学、磁矩、纳米晶体、光学带隙窄化、二氧化钛、磁光器件、钴掺杂、溶胶-凝胶
更新于2025-09-23 15:21:21
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[施普林格光学科学系列] 光学与微波中的法诺共振 第219卷（物理与应用）|| 广义光学自旋波的法诺共振激发
摘要： 手性材料虽然以自旋形式波函数作为本征模，但由于缺乏自旋阻抗，仅凭手性材料本身无法产生光学自旋激发。迄今为止，自旋激发通常通过非保守方法（如圆二色性或磁光效应）诱导实现。本章阐述了一种基于法诺共振自旋依赖特性的光学自旋激发与控制保守方法：从建立二维和三维手性共振的自旋形式时域耦合模理论出发，通过揭示偏振域中自旋本征模与频谱域反对称法诺共振之间的关联，阐明了自旋-法诺相互作用的物理起源。通过将该自旋依赖型法诺共振系统与手性介质、圆二色介质及双折射介质等其他光学自旋材料进行对比，我们探讨了该研究成果对实现光学自旋电子学的意义——包括高选择性自旋开关和无偏振自旋操控等应用前景。
关键词： 法诺共振、手性材料、时域耦合模理论、光学自旋、自旋电子学
更新于2025-09-23 15:21:21
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通过肖特基势垒实现室温下向碳化硅的自旋注入
摘要： 通过肖特基结实现了室温下宽带隙半导体碳化硅（SiC）的自旋注入与自旋提取。由于原子序数较小，SiC的自旋弛豫时间可达300皮秒，超过了具有相似载流子密度的硅材料。我们还发现SiC/CoFeB肖特基结中存在两种自旋弛豫通道：一种来自体相SiC，另一种来自势垒层内的界面缺陷态，其自旋弛豫时间约为1纳秒。偏压条件通过控制体相或势垒内缺陷态的传输通道，进而影响有效的自旋弛豫过程。实现SiC的自旋注入为宽带隙半导体的自旋电子学（如自旋分辨蓝光发光二极管及高功率/高温自旋电子器件）开辟了新途径。
关键词： 自旋电子学、碳化硅、自旋注入、肖特基势垒、宽禁带半导体
更新于2025-09-23 15:21:21