南方科技大学知识苑(SUSTech KC): 拓扑半金属的自旋场效应性质及其功能器件

题名	拓扑半金属的自旋场效应性质及其功能器件
其他题名	CHARACTERISTICS AND APPLICATION OF SPIN FIELD EFFECTS OF TOPOLOGICAL SEMIMETALS
姓名	王建坤
姓名拼音	WANG Jiankun
学号	12032701
学位类型	硕士
学位专业	0856 材料与化工
学科门类/专业学位类别	0856 材料与化工
导师	王硕
导师单位	量子科学与工程研究院
论文答辩日期	2022-05-17
论文提交日期	2022-06-29
学位授予单位	南方科技大学
学位授予地点	深圳
摘要	后摩尔时代集成电路的发展要依赖于沟道材料、器件构型和物理机制三个方面的创新。以石墨烯为代表的传统材料制成的晶体管通常很难做到大的开关比和高迁移率并存。与电荷表示逻辑的传统电子学相比，自旋电子学器件具有逻辑功能强大、低功耗、高开关比的天然优势。自旋电子学背后的物理本质是 1988 年 A. Fert 和 P. Grunberg 发现的巨磁阻效应，2007 年 N. Tombros 等人首次将其应用于以石墨烯为代表的低维材料的输运性质的研究，通过在纳米结构中引入铁磁性材料电极，人们实现了在半导体材料中自旋注入、检测和操纵的许多操作，此后探究可以在室温下实现远距离自旋信息的材料成为自旋电子学的终极目标。本课题致力于更深入地研究拓扑半金属的表面态的自旋输运特性，面向自旋场器件应用中的瓶颈与转捩，包括量子极限下的耦合的表面态的能隙的产生机制研究与调控、揭示自旋动量锁定和高阶磁阻之间的密切联系等。非常有价值的一点是，霍尔或纵向二阶响应可用于检测拓扑表面态中的三维平面外自旋织构。磁场中的拓扑半金属承载的非线性霍尔效应与反常诱导的输运现象有着直接的关系。我们通过输运测量提供了三端法的以狄拉克半金属作为沟道材料的器件中自旋极化费米弧态的直接证据。根据拓扑表面态的自旋-动量锁定，自旋方向随电流极性的改变而反转。由于表面态的栅极诱导拓扑相变，自旋信号可以被完全关闭。我们的结果提供了对狄拉克半金属拓扑表面态的深入理解，阐明了费米能级控制在拓扑材料自旋极化电检测中的重要性，在实现基于拓扑材料的自旋场效应晶体管大规模集成的宏伟目标上迈出了重要的一步。
关键词	自旋电子学拓扑半金属非线性霍尔效应费米弧表面态自旋场效应晶体管
语种	中文
培养类别	独立培养
入学年份	2020
学位授予年份	2022-06
参考文献列表	[1] BAIBICH M N, BROTO J M, FERT A, et al. Giant magnetoresistance of (001) Fe/(001) Crmagnetic superlattices[J]. Physical review letters, 1988, 61(21): 2472. [2] TOMBROS N, JOZSA C, POPINCIUC M, et al. Electronic spin transport and spin precessionin single graphene layers at room temperature[J]. nature, 2007, 448(7153): 571-574. [3] LANDAU L, LIFSHITZ E. Statistical physics. Pergamon Press, Oxford, UK.[J]. Statisticalphysics. Pergamon Press, Oxford, UK., 1980. [4] KLITZING K V, DORDA G, PEPPER M. New method for high-accuracy determination of thefine-structure constant based on quantized Hall resistance[J]. Physical review letters, 1980, 45(6): 494. [5] HASAN M Z, KANE C L. Colloquium: topological insulators[J]. Reviews of modern physics,2010, 82(4): 3045. [6] QI X L, ZHANG S C. Topological insulators and superconductors[J]. Reviews of ModernPhysics, 2011, 83(4): 1057. [7] ARMITAGE N, MELE E, VISHWANATH A. Weyl and Dirac semimetals in three-dimensionalsolids[J]. Reviews of Modern Physics, 2018, 90(1): 015001. [8] KANE C L, MELE E J. Z 2 topological order and the quantum spin Hall effect[J]. Physicalreview letters, 2005, 95(14): 146802.
所在学位评定分委会	量子科学与工程研究院
国内图书分类号	TB383.2
来源库	人工提交
成果类型	学位论文
条目标识符	http://sustech.caswiz.com/handle/2SGJ60CL/343128
专题	量子科学与工程研究院
推荐引用方式 GB/T 7714	王建坤. 拓扑半金属的自旋场效应性质及其功能器件[D]. 深圳. 南方科技大学,2022.

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