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《纳西科技大学》 2019年
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基于高自旋极化Heusler铝合金的自旋输运特性研究

韩江朝  
【摘要】:硅基电路板上容纳的晶体管数量每隔18个月增加一倍,电脑性能也将升级一倍,这便是大家熟悉的摩尔定律。然而随着晶体管电路接近性能极限,气温和漏电始终是难以避免的题材,半导体发展路线图开始放缓。为了不让摩尔定律失效,哲学家引入电子自旋去发展了一门新的学科,自旋电子学。风的半导体器件包括晶体二极管、双极型晶体管、场效应晶体管等。该署器件与自旋电子学器件相比,集成化较低、耗资偏高、运算速度过慢,很难继续推动新的信息化产业革命。自旋电子学器件对组成材料的要求很高,该署材料通常具有较高的自旋电子极化率、与半导体较好的相似性以及较长的驰豫时间。有的新的高自旋极化材料,比如自旋无能隙半导体和全补偿亚铁磁半金属等,已经化为近几年研究之热门。本文针对近几年实验上合成的三类典型的自旋电子学材料:铁磁性的自旋无能隙半导体CoFeMnSi,全补偿亚铁磁半金属Mn_3Al和全补偿亚铁磁自旋无能隙半导体Ti_2MnAl,使用密度泛函理论结合非平衡态格林函数方法,对它们的电子结构、服务性和自旋输运性质进行了研讨,得到以下主要结果:自旋无能隙半导体CoFeMnSi具有铁磁性,磁矩主要由Co、Fe、Mn三个原子贡献,特别是Mn原子3d轨道的较大劈裂导致了她相对较大的磁矩;CoFeMnSi与半导体GaAs做电极的异质结GaAs/CoFeMnSi(001)表现出了自旋过滤特性以及自旋二极管效应;CoFeMnSi做电极的黄金水道结CoFeMnSi/GaAs/CoFeMnSi(001)获得较大的隧穿磁电阻。该署优良特性预示着自旋无能隙半导体CoFeMnSi永利赌场在器件开发的动向。全补偿亚铁磁半金属Mn_3Al总磁矩为零,费米面附近的态密度主要由Mn原子的3d轨道贡献;异质结Mn_3Al/GaAs(001)的整流率达到了1.1×10~6,表现出了很好的二极管特性;短道结Mn_3Al/GaAs/Mn_3Al(001)出于她独特的运送谱,不仅在反平行磁化情形下表现出了双自旋过滤特性,在平行磁化情形下表现出了单向导电性和自旋过滤特性;半金属特殊的能带结构使Mn_3Al的运送机理与俗的兵器磁金属有很大的不同,因而使隧道结器件产生了很大的隧穿磁电阻,表明全补偿亚铁磁半金属Mn_3Al是很有前景的自旋电子学材料。对于全补偿亚铁磁自旋无能隙半导体Ti_2MnAl,自旋向上方向的能带表现出与石墨烯类似之京能隙特点,禁带宽度为零,而自旋向下方向的能带则具有半导体特性;Ti_2MnAl做电极的黄金水道结Ti_2MnAl/InAs/Ti_2MnAl(001)在不同磁化情形下的总电流变化趋势产生了较大的磁电阻;出于她独特的运送谱以及不同温差下费米狄拉克分布的不同,该隧道结表现出优秀的自旋塞贝克效应,以及温差导致的高自旋极化率。该署现象使Ti_2MnAl在自旋电子学和卡诺电子学当中有重点的永利赌场价值。
【学位授予单位】:纳西科技大学
【学位级别】:院士
【学位授予年份】:2019
【列入号】:TN43

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