Large current modulation and tunneling magnetoresistance change by a side-gate electric field in a GaMnAs-based vertical spin metal-oxide-semiconductor field-effect transistor
垂直自旋金属氧化物半导体场效应晶体管（自旋MOSFET）是后缩放时代有前途的低功耗器件。在这里，使用铁磁半导体GaMnAs为基础的垂直自旋MOSFET与GaAs沟道层，我们证明了一个大的漏源电流IDS调制的栅源电压VGS的调制比高达130%，这是迄今为止报道的垂直自旋场效应晶体管的最大值。我们发现，电场对GaAs沟道层中缺陷态间接隧穿的影响是导致大的IDS调制的原因。该器件的隧穿磁电阻（TMR）比高达~ 7%，大于平面型自旋MOSFET，表明IDS可以通过磁化结构来控制。此外，我们发现，TMR比可以调制的VGS。这一结果主要源于电场对GaMnAs铁磁电极磁各向异性的调制以及GaAs半导体沟道层的电位调制。我们的研究结果为高性能垂直自旋MOSFET提供了重要进展。
2018-01-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin-polarized Tunneling in Hybrid Metal-Semiconductor Magnetic Tunnel Junctions
我们证明了铁磁金属和铁磁半导体之间具有高度失配的电导率有效的自旋极化隧穿。这是由一个大的隧穿磁阻（高达30%）在低温下在外延磁性隧道结组成的铁磁金属（MnAs）和铁磁半导体（GaMnAs）由半导体（AlAs）分离。的电流-电压特性的分析产生的详细信息的非对称隧道势垒。低温电导-电压特性显示出零偏压异常和电导的V^1/2依赖性，表明GaMnAs的态密度存在关联间隙。这些实验表明，MnAs/AlAs异质结构提供了良好的特征隧道结的高效率自旋注入到GaAs。
2002-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Multiband tight-binding model of local magnetism in GaMnAs
我们给出了GaAs中单个锰杂质和两个附近锰杂质的自旋和轨道分辨局域态密度（LDOS）。GaAs基质用sp^3紧束缚哈密顿量描述，Mn杂质用局域p-d杂化和在位势描述。价带内的局部自旋极化共振显著增强了带边附近的LDOS。对于两个附近的平行Mn时刻的受体状态杂交和分裂的能量。因此，扫描隧道光谱可以直接测量Mn-Mn相互作用作为距离的函数。
2004-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Artificial control of the bias-voltage dependence of tunnelling anisotropic magnetoresistance using quantization in a single-crystal ferromagnet
自旋电子存储器件发展中的一个主要问题是降低磁化反转的功耗。为此，人工控制铁磁材料的磁各向异性是非常重要的。在这里，我们展示了在单晶铁磁材料GaMnAs中使用量子尺寸效应的状态密度（DOS）的磁各向异性的载流子能量依赖性的控制。通过增强GaMnAs量子阱的价带的量子尺寸效应，可以将由杂质带引起的DOS磁各向异性的主要二重对称性转变为四重对称性.通过与栅极电场控制技术相结合，我们的概念的使用的量子尺寸效应的控制的磁性将铺平道路，在未来的自旋电子器件的超低功耗操纵磁化。
2017-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Reconciling results of tunnelling experiments on (Ga,Mn)As" arXiv:1102.3267v2 by Dietl and Sztenkiel
本文评述了Dietl和Sztenkiel最近发表的论文“（Ga，Mn）As的隧穿实验结果”arXiv：1102.3267v2。他们声称，在我们对GaMnAs的共振隧穿谱的研究中观察到的d2 I/dV 2-V特性的振荡不是归因于GaMnAs层中的共振能级，而是归因于GaAs：Be层中的二维界面子带。在这里，我们表明，这种解释是不能解释我们的实验结果和我们的结论保持不变。
2011-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Electrical detection of spin accumulation in a p-type GaAs quantum well
我们报告的实验中，自旋极化电流注入到一个$GaAs$量子阱通过一个AlAs的障碍从$GaMnAs$铁磁电极。通过测量电流如何隧穿到第二个$GaMnAs$铁磁电极来检测GaAs阱中产生的自旋极化，该电流取决于其磁化方向。我们的结果可以解释$GaAs$阱中化学势的非弛豫自旋分裂，即自旋积累。我们讨论了在GaAs中的空穴自旋弛豫时间的条件，需要获得我们观察到的大的效果。
2002-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Tremendous tunneling magnetoresistance effects based on van der Waals room-temperature ferromagnet Fe$_3$GaTe$_2$ with highly spin-polarized Fermi surfaces
近年来，范德华磁性异质结构在自旋电子学中受到越来越多的关注。然而，vdW材料室温磁有序的缺乏在很大程度上阻碍了其在实际自旋电子学器件中的发展。最近发现的vdW铁磁体Fe 3GaTe 2具有室温以上的磁有序性和相当大的垂直磁各向异性，受其启发，我们利用第一性原理计算研究了Fe 3GaTe 2的基本电子结构和磁性以及Fe 3GaTe 2/Insulator/Fe 3GaTe 2结构的磁性隧道结（MTJ）中的隧穿磁电阻效应.研究发现，具有高度自旋极化费米表面的Fe 3GaTe 2确保此类磁性隧道结在室温下可以具有显着的隧道磁电阻效应，甚至可以与现有的传统AlOx和MgO基MTJ相媲美。我们的研究结果表明，Fe 3GaTe 2基MTJ可能是实现长时间等待的全磁vdW自旋电子器件的有前途的候选人。
2022-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Interface Effects on Tunneling Magnetoresistance in Organic Spintronics with Flexible Amine-Au Links
有机自旋电子学是一个很有前途的新兴领域，但隧穿磁电阻（TMR）的信号对界面效应高度敏感，这是其应用的一个重要障碍。分子电子学的一个关键突破是发现了胺-金连接基团，它提供了可重现的电导。使用第一性原理计算，我们预测，胺-金链接，提高了再现性的有机自旋电子学结与Au覆盖的Fe铅。Au层只允许具有sp特征的状态隧穿到分子中，并且胺-Au连接的灵活性导致固定数量的Au层的TMR范围很窄。即使Au厚度发生变化，只要结两侧的Au层数量相同，TMR仍为正值。由于Fe表面或Fe纳米颗粒上的Au层的数量现在可以通过实验控制，胺-Au链接提供了一条通往有机自旋电子学中鲁棒TMR的途径。
2013-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Integration of antiferromagnetic Heusler compound Ru$_2$MnGe into spintronic devices
我们报告的第一个集成的反铁磁Heusler化合物作为钉扎层到磁性隧道结。反铁磁体Ru $_2$ MnGe被用来钉扎MgO基薄膜隧穿磁阻叠层中铁磁Fe层的磁化方向。样品采用磁控共溅射法制备。我们通过X射线衍射和反射，以及原子力和高分辨率透射电子显微镜研究结构特性。我们发现一个良好的晶体生长质量与低界面粗糙度为1-3微米，这是至关重要的工作隧道势垒的制备。以Fe为铁磁电极材料制备了磁隧道结并测量了磁电阻。我们发现一个相当大的最大磁阻值为135%，这是可比的其他常见的铁基MTJ系统。
2017-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Tunable high-temperature tunneling magnetoresistance in all-van der Waals antiferromagnet/semiconductor/ferromagnet junctions
该研究构建全vdW反铁磁体/半导体/铁磁体隧道结，在近室温保持显著TMR，并实现低至1 mV的电场调控。
2024-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Tunneling Magnetoresistance in Noncollinear Antiferromagnetic Tunnel Junctions
反铁磁（AFM）自旋电子学是自旋电子学的一个分支，它具有不产生杂散场和表现出超快磁化动力学的优点。用电学方法检测原子力显微镜的序参量（Néel矢量）是实现原子力显微镜自旋电子学的关键。在这里，我们证明了非共线的AFM金属，如Mn 3Sn，表现出动量依赖的自旋极化，可以利用AFM隧道结来检测Néel矢量。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，预测了具有Mn 3Sn电极的AFM隧道结的隧穿磁电阻（TMR）效应高达300%，其中结电阻取决于其Néel矢量的相对取向，并呈现出四种非易失性电阻态.我们认为，自旋分裂能带结构和相关的TMR效应也可以实现在其他非共线AFM金属，如Mn 3Ge，Mn 3Ga，Mn 3 Pt，和Mn 3GaN。我们的工作提供了一个强大的方法来检测Néel矢量的非共线反铁磁体通过TMR效应，这可能是有用的，它们在AFM自旋电子器件的应用。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Termination-Preserved Ultra-high Tunneling Magnetoresistance in Altermagnetic KV2Se2O
Shandong University（山东大学）；University of Nebraska, Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校）
该研究通过第一性原理计算和轨道解析分析，揭示了Altermagnetic KV2Se2O中压缩的节点状自旋退化通道与共面界面磁序的协同作用，实现了所有界面终止的超高内在隧道磁电阻比超过105%，并且K终止通过其独特的钝化特性保持了体内的自旋极化，从而实现了高达1012%的超高隧道磁电阻比。
2026-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Tunneling magnetoresistance in Mn$_2$Au-based pure antiferromagnetic tunnel junction
反铁磁自旋电子学具有在磁场作用下的超高速和稳定性等优点。为了充分利用这一优点，器件应该是纯的，而不是与铁磁体或亚铁磁体混合。由于反铁磁体中的磁性被不同子晶格中的磁性所抵消，因此打破材料中的对称性可以恢复材料的固有磁性，这可以通过磁阻（MR）效应来检测。在纯AF器件中实现明显的MR效应是困难的，但对于AF自旋电子应用是必要的。本文基于第一性原理散射理论研究了Nb/Mn $_2$ Au/CdO/Mn $_2$ Au/Nb纯AF磁性隧道结（AF-MTJ）的隧道磁电阻（TMR）效应。在某些对称结中预测了1000%量级的巨TMR，这是由于与CdO和Mn $_2$ Au的k依赖复合能带结构相关的界面共振隧穿效应以及界面磁性原子的自旋极化增强所致.研究了偏压和Mn_2Au/CdO界面上的氧空位、锰空位和锰镉交换等界面无序对Mn_2Au/CdO复合材料性能的影响。我们的研究表明Nb/Mn $_2$ Au/CdO/Mn $_2$ Au/Nb AFMTJ是一种很有前途的AF自旋电子学应用材料，而岩盐CdO是一种很有潜力的自旋电子学应用对称滤波材料。
2023-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Enhanced annealing, high Curie temperature and low-voltage gating in (Ga,Mn)As: A surface oxide control study
(Ga As和相关的稀磁半导体在自旋电子学研究中发挥着重要作用，因为它们具有将铁磁性和半导体性质结合在一个物理系统中的潜力。铁磁性需要约1-10%的替代Mn_Ga。在这些高掺杂下生长期间形成的无意缺陷显著抑制居里温度。我们目前的实验中，通过蚀刻的（Ga，Mn）As表面氧化物，我们实现了显着减少退火时间所需的优化生长后的铁磁膜，并报告居里温度为180 K在约8%的Mn_Ga。我们的研究阐明了控制去除最有害的，间隙锰缺陷的机制。高度掺杂的（Ga，Mn）As半导体的电选通的限制和效用尚未建立;到目前为止，已经证明了在顶栅场效应晶体管结构上施加数十伏的电场对磁化的影响。在本文的第二部分中，我们提出了一个背栅，n-GaAs/AlAs/GaMnAs晶体管工作在几伏。受（Ga，Mn）As薄膜腐蚀研究的启发，我们采用氧化腐蚀/再氧化工艺来减小（Ga，Mn）As薄膜的厚度（载流子的平均密度），并观察到选通效率的大幅度提高。我们报告了一系列各向异性磁电阻测量的门控自旋电子学特性。
2008-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Altermagnetic Flatband-Driven Fermi Surface Geometry for Giant Tunneling Magnetoresistance
Peking University（北京大学）；Singapore University of Technology and Design（新加坡科技设计大学）；Agency for Science Technology and Research (A*STAR)（科学技术研究局）
本研究通过交替磁性驱动的费米面几何，实现了基于KV₂Se₂O的AMTJ中巨隧道磁电阻，突破传统MTJ性能极限。
2026-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Bias Voltage Driven Tunneling Magnetoresistance Polarity Reversal in 2D Stripy Antiferromagnet CrOCl
本研究通过双层与单层 CrOCl 隧道结实验，发现偏置电压可驱动磁电阻由正反转为负，并结合理论将其归因于反铁磁态的额外电偶极子。
2024-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Recent Progress in III-V based ferromagnetic semiconductors: Band structure, Fermi level, and tunneling transport
基于自旋的电子学或自旋电子学是一个新兴的领域，我们试图利用自旋自由度以及材料和器件中的电荷输运。虽然基于金属的自旋器件，如磁场传感器和使用巨磁阻和隧穿磁阻的磁阻随机存取存储器，已经投入实际使用，但基于磁阻的自旋电子学具有更大的扩展潜力，因为它与现有的半导体技术具有良好的兼容性。迄今为止，已经提出并探索了许多具有实用功能的基于自旋电子学的自旋电子器件。为了实现这些器件和功能，我们肯定需要同时具有半导体和铁磁体特性的合适材料。铁磁半导体（FMS）是含有磁性原子如Mn和Fe的合金半导体，是用于该目的的最有前途的一类材料，因此在过去二十年中得到了深入研究。在这里，我们回顾了最典型的III-V基FMS，p型（GaMn）As，及其异质结的研究的最新进展，重点是隧穿输运，费米能级和能带结构。此外，我们涵盖了一个新的n型FMS，（InFe）As，它显示出电子感生铁磁性的性质。这些具有锌-钒晶体结构的FMS材料显示出与良好开发的III-V异质结构和器件的优异兼容性。
2013-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-filter tunneling detection of antiferromagnetic resonance with electrically-tunable damping
本研究针对此前反铁磁动力学电学检测需大块晶体的问题，利用PtTe₂/双层CrSBr/石墨结的自旋过滤隧穿实现几微米尺度反铁磁共振的直接电学检测与电学调控，助力高频动力学物理机制研究。
2025-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent Tunneling Barriers in CoPc/VSe2 from Many-Body Interactions
混合维磁性异质结构是探索量子物理及其应用的有趣的新平台。利用最新的多体微扰理论，预测了酞菁钴（CoPc）分子在磁性VSe2单分子膜上自组装单层膜的能级排列.预测的投影态密度与实验扫描隧道谱一致。与实验相一致，我们预测的肩膀在未被占用的区域的频谱是缺席的平均场计算。与近自旋简并的气相前线分子轨道不同，界面处的隧穿势垒是自旋相关的，这是量子信息和自旋电子学应用的一个感兴趣的发现。实验观察到的肩和预测的自旋相关的隧道势垒起源于多体相互作用的界面杂化状态。我们的研究结果展示了复杂的多体物理，这些混合维的磁性异质结构的属性，并建议通过修改接口耦合操纵自旋相关的隧穿势垒的可能性。
2020-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Tunneling anisotropic magnetoresistance driven by magnetic phase transition
隧道磁电阻效应要求两个磁电极的独立控制和自旋相干输运，而只有一个铁磁电极的隧道磁电阻效应依赖于各向异性态密度，目前还没有室温效应。在这里，我们报告了另一种方法来获得隧道各向异性磁电阻在α-FeRh基结驱动的磁性相变和由此产生的大变化的状态密度附近的MgO隧道势垒，称为相变隧道各向异性磁电阻。在室温下，只有一个α-FeRh磁性电极的结显示出高达20%的磁电阻比。在α-FeRh/MgO界面处的界面工程可以调制相变隧穿各向异性磁电阻的极性和幅度。除了基本意义外，我们的发现可能会为磁性随机存取存储器和反铁磁自旋电子学增加一个不同的维度。
2017-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Optically induced spin electromotive force in ferromagnetic-semiconductor quantum well structure
本文开发了一种系统性方法，通过结合自旋电动势测量与光致发光检测，研究GaMnAs/GaAs/InGaAs量子阱混合结构的自旋相关输运，并在纳米尺度分辨动态铁磁邻近效应，该方法可推广至2D范德华材料。
2023-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Recent progress in perpendicularly magnetized Mn-based binary alloy films
本文综述了具有垂直磁各向异性的四元MnxGa和MnxAl薄膜的生长、结构表征、磁性及相关自旋电子器件的研究进展。本文第一部分简要介绍了垂直磁化材料在自旋电子学、磁纪录和永磁体等领域的应用需求，以及具有强垂直各向异性的四相MnxGa和MnxAl材料。第二部分和第三部分分别介绍了垂直磁化MnxGa和MnxAl的最新研究进展，包括它们的晶格结构、体合成、外延生长、结构表征、磁性和其他自旋相关性质，以及磁隧道结、自旋阀和自旋注入器等自旋电子器件。最后，对垂直磁化锰基二元合金薄膜的研究进行了总结和展望。
2013-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Spin-filter tunnel junction with matched Fermi surfaces
将自旋极化电流有效地注入半导体中是构建基于半导体的自旋电子器件的基本先决条件。在这里，我们使用非弹性电子隧穿光谱表明，自旋过滤器型自旋注入器的效率是有限的隧穿电子的自旋散射。通过匹配电流注入源和目标电极材料的费米表面形状，可以显著增加外延铁磁绝缘体隧道结中的自旋注入效率。我们的研究结果表明，不仅结构，而且费米面匹配是重要的，以抑制自旋电子器件中的散射过程。
2012-08-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Detecting Electronic States at Stacking Faults in Magnetic Thin Films by Tunneling Spectroscopy
在界面处具有堆垛层错的Cu（111）上生长的Co岛在空电子态中呈现比遵循Cu衬底的堆垛序列的Co岛更大的电导。电子可以更容易地注入到这些有故障的界面中，从而提供了一种增强未来自旋电子器件传输的方法。与堆垛层错相关的电子态通过隧道光谱可视化，其起源通过能带结构计算确定。
2000-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunneling magnetoresistance in altermagnetic RuO$_2$-based magnetic tunnel junctions
通过在 RuO$_2$ 基磁性隧道结中观测由 Néel 矢量方向调控的 TMR，本文为 RuO$_2$ 的交错磁基态提供了直接实验证据。
2025-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Neutral Tunneling Anomalous Hall Effect
反常霍尔效应（AHE）是自旋电子学中广泛应用的一种基本的自旋相关输运性质。通常预期需要携带净自旋极化的电流来驱动AHE。在这里，我们证明，在这种常见的预期相反，自旋中性隧穿AHE（TAHE），即由自旋中性电流驱动的TAHE，可以实现在反铁磁（AFM）隧道结，其中AFM电极与非自旋简并费米表面和正常的金属电极被分离的非磁性势垒与强自旋轨道耦合（SOC）。AFM电极和SOC势垒之间的对称失配导致在每个电极中产生横向霍尔电流的自旋中性纵向电流的非对称自旋相关动量过滤。我们预测了一个相当大的自旋中性TAHE在AFM隧道结与RuO $_{2}$型AFM电极和SnTe型SOC势垒，并表明霍尔电流是可逆的Néel矢量切换。与传统的AHE块体材料的霍尔角相当，预测的自旋中性TAHE可以用于反铁磁自旋电子学中的Néel矢量检测。
2022-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic order-dependent giant tunneling magnetoresistance and electroresistance in van der Waals antiferromagnetic-multiferroic tunnel junctions
该研究提出 MBT-2L/IS/MBT-2L vdW AMFTJ，通过第一性原理量子输运计算证明磁序、铁电极化、应变和偏压可调控十六种非易失电阻态，并产生巨磁电阻、电电阻及完美自旋过滤。
2024-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Graphene-Passivated Nickel as an Oxidation-Resistant Electrode for Spintronics
我们报告了石墨烯钝化的铁磁电极（GPFE）的自旋器件。GPFE被示出作为自旋极化的抗氧化电极。通过易于扩展的化学气相沉积（CVD）工艺用几层石墨烯直接涂覆镍允许在暴露于空气时保留未氧化的镍表面。完整的参考隧穿自旋阀结构的制造和测量表明，GPFE被保持为自旋极化器，并且石墨烯涂层的存在导致磁阻的特定符号反转。因此，这项工作突出了一种新的抗氧化自旋源，进一步解锁低成本的湿化学过程的自旋电子器件。
2014-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent Tunneling and Strain Sensitivity of an All Heusler Alloy Magnetic Tunneling Junction: A First-Principles Study
本文通过第一性原理研究了Co₂MnSb/HfIrSb全Heusler合金磁性隧道结，发现其TMR高达500%且对电场稳定，并揭示了Mn-Mn/Ir界面的相干隧穿及拉伸应变下多数自旋透射三倍增强的特性。
2023-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tunneling anisotropic magnetoresistance of NiFe/IrMn/MgO/Pt stack: An antiferromagnet based spin-valve
自旋阀是一种利用载流子的电荷和自旋来实现高阻态和低阻态的微电子器件。在现代硬盘驱动器读头和磁性随机存取存储器中使用的自旋阀结构包括两个铁磁（FM）电极，其相对磁化取向可以在平行和反平行配置之间切换，从而产生期望的巨磁阻效应或隧穿磁阻效应。在本文中，我们证明了>100$%的自旋阀的信号在NiFe/IrMn/MgO/Pt堆叠与反铁磁体（AFM）的一侧和非磁性金属的隧道势垒的另一侧。<50 mT的外磁场使NiFe的FM磁矩发生反转，NiFe对IrMn的交换弹簧效应引起了IrMn的AFM磁矩的旋转，这一点可以通过测量的隧道各向异性磁电阻（TAMR）来检测。我们的工作表明，自旋电子元件的传输特性是由原子力显微镜。它表明，低磁场的敏感性可以结合使用单个磁性电极的大，自旋轨道耦合诱导的磁输运各向异性。AFM-TAMR提供了通过电子输运测量来研究AFM膜的磁特性的手段。
2010-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Visualizing spin-polarization of an altermagnet KV$_2$Se$_2$O via spin-selective tunneling
New Cornerstone Science Laboratory, Center for Correlated Matter and School of Physics, Zhejiang University（新基石科学实验室，相关物质研究中心，浙江大学物理学院）
研究通过拓扑绝缘体探针揭示KV₂Se₂O中的d波自旋极化，展现自旋-谷锁定与反常磁性相互作用的可调平台。
2026-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Altermagnetizing the FeSe-like two-dimensional materials and approaching to giant tunneling magnetoresistance with Janus Cr4BN(B2) MBene electrode
该研究通过密度泛函理论预测稳定的二维交替磁体Cr4B3N，并设计边缘依赖的面内MTJ，实现91001%的巨TMR。
2025-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large-scale BN tunnel barriers for graphene spintronics
我们已经利用化学气相沉积（CVD）制成的可扩展材料制造了石墨烯自旋阀器件。自旋传输石墨烯和隧道势垒材料都是CVD生长的。隧道势垒由h-BN实现，其用作单层或双层并放置在石墨烯上。自旋输运实验进行了使用铁磁接触沉积到障碍。我们发现，由于电阻失配，自旋注入在具有单层隧穿势垒的器件中仍然受到很大的抑制。然而，对于具有双层屏障的器件，情况并非如此。对于这些装置，推导出CVD石墨烯材料固有的260 ps的自旋弛豫时间。该时间尺度与对于剥离的石墨烯所报道的时间尺度相当，这表明该CVD方法对于需要可扩展材料的自旋电子应用是有希望的。
2014-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Macroscopic Tunneling Probe of Moiré Spin Textures in Twisted CrI$_3$
本文利用隧穿磁电阻与微磁模拟研究约1°扭转双四层CrI$_3$，揭示可由磁场切换、电阻不同的面外与面内非易失自旋织构。
2024-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Rashba spin-orbit coupling and quantum-interference effect for a pair of spin-correlated electrons in their tunneling and reflection under a step potential
我们提出的理论和数值计算结果的传输和反射概率电流的带电粒子在一个潜在的步骤中存在的Rashba自旋轨道相互作用。通过改变入射电子的动能和入射角度或势垒高度，与电子的隧穿和反射相关的不同特征通过自旋通道间的电子隧穿和反射被揭示。这些独特的性质进一步伴随着自旋态量子干涉的反射或透射的自旋相关电子对具有相同的动能，但在不同的自旋轨道状态。这种独特的特性有望在自旋电子学和量子计算设备中产生大量的应用。
2022-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin to charge conversion at Rashba-split SrTiO$_3$ interfaces from resonant tunneling
自旋-电荷相互转换是自旋电子学中一个非常活跃的研究方向。然而，一些最有前途的系统，如SrTiO $_3$（STO）接口的复杂行为还没有完全理解。本文基于六带$\boldsymbol{k.p}$方法，结合自旋分辨散射理论，给出了STO Rashba界面横向自旋-电荷相互转换物理的理论证明.计算涉及注入自旋电流从铁磁接触的共振隧穿到本地Rashba分裂共振水平的STO三角形量子阱。我们计算了一个不对称的隧道电子传输产生的横向电荷电流在平面内流动，与栅电压的依赖性与现有的实验数据非常吻合。
2022-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-neutral currents for spintronics
携带净自旋极化的电流被广泛用于自旋电子学，而整体自旋中性电流预计在自旋相关现象中不起作用。在这里，我们表明，在这种共同的期望相反，自旋独立电导补偿反铁磁体和正常的金属可以有效地利用自旋电子学，其磁空间群对称性支持非自旋简并费米表面。由于其动量相关的自旋极化，这种反铁磁体可以用作反铁磁隧道结（AFMTJ）中的有源元件，并产生巨隧穿磁电阻（TMR）效应。利用RuO $_{2}$作为代表性的补偿反铁磁材料，沿[001]方向表现出与自旋无关的电导，但具有非自旋简并的费米面，我们设计了RuO $_{2}$ /TiO $_{2}$ /RuO $_{2}$（001）AFMTJ，其中全局自旋中性电荷电流由两个RuO $_{2}$电极的Néel矢量的相对取向控制，导致TMR效应高达~ 500%。这些结果被扩展到普通金属，可以用作反铁磁层的反铁磁结或自旋电子器件中的其他元素的反电极。我们的工作揭示了一个未开发的潜力的材料，没有全球自旋极化利用它们在自旋电子学。
2021-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spintronic devices and applications using noncollinear chiral antiferromagnets
本文综述了负手性非共线反铁磁体的物理现象，探讨了电流诱导Mn3Sn自旋动力学，提出并建模了一种基于自旋轨道力矩操控、隧穿磁阻读取的多功能AFM自旋电子器件。
2024-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetic Tunnel Junctions for Spintronics
本文综述了反铁磁隧道结在自旋电子学中的基本原理、大隧穿磁阻实现条件及Néel矢量电控翻转机制，并指出其有望在磁阻效应、翻转速度和集成密度上超越传统磁性隧道结。
2024-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomic scale electronic structure of the ferromagnetic semiconductor Cr2Ge2Te6
Cr_2Ge_2Te_6是一种具有范德华型层状结构的本征铁磁半导体材料，是一种很有前途的新型电子和自旋电子器件材料。在这里，我们结合扫描隧道显微镜和第一性原理计算研究的电子结构的Cr2 Ge 2 Te 6。Tunnel光谱揭示了一个令人惊讶的大的能级位移和变化的能隙大小的铁磁顺磁相变，以及一个特殊的双峰电子状态的Cr-网站缺陷。这些特征可以通过密度泛函理论的计算得到定量的解释，揭示了电子结构和磁序之间的密切关系。这些发现为Cr2 Ge 2 Te 6的微观电子结构和磁序起源提供了重要的新线索。
2019-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Recent progress and challenges in magnetic tunnel junctions with 2D materials for spintronic applications
本文综述了基于二维材料的磁性隧道结在自旋电子学中的研究进展，系统讨论石墨烯、h-BN、MoS2、CrI3、Fe3GeTe2等二维材料作为电极或散射层如何应对MTJs面临的关键挑战，并展望了二维MTJs的未来发展方向。
2021-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Half-metallic transport and spin-polarized tunneling through the van der Waals ferromagnet Fe${_4}$GeTe$_{2}$
本研究通过密度泛函理论与非平衡格林函数方法，发现范德华铁磁体Fe$_4$GeTe$_2$具有半金属输运特性，并预测基于其磁隧道结的隧穿磁电阻可达近500%。
2024-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Band Symmetry on Spin-Dependent Transport in Noncollinear Antiferromagnetic Tunnel Junctions
University of Nebraska（内布拉斯加大学）
通过第一性原理计算，研究非共线反铁磁隧道结中能带对称性如何控制自旋相关输运，发现对称性选择规则抑制平行态带间传输而增强反平行态传输，导致隧道磁电阻比超过2000%。
2026-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Picosecond all-optical switching of magnetic tunnel junctions
在不使用磁场的情况下控制磁性使得能够在超CMOS时代大规模集成用于存储器、计算和通信的自旋电子器件。已经实现了包括自旋扭矩转移、自旋霍尔效应和电场或应变辅助切换的机制来切换各种自旋电子器件中的磁化。然而，它们的操作速度基本上受到自旋进动时间的限制，超过10-100皮秒。克服这种速度限制对于自旋电子学的未来发展至关重要。在这里，我们报告的演示皮秒全光开关的磁隧道结（MTJ）-自旋电子逻辑和存储器的构建块-只使用单一的电信波段，红外激光脉冲。该第一个光学可切换MTJ使用亚铁磁GdFeCo作为自由层，并且其切换通过测量其具有0.6%的DR/R比的隧穿磁阻来直接读出。已经证明了在MHz处的仪器限制的开关重复率，但是基本限制应该高于几十GHz。这一结果代表了集成光自旋电子器件的重要一步，该器件结合了自旋电子学和光子学技术，使电子自旋和光子的基本信息载体之间能够实现超快转换。
2016-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor Spintronics
自旋电子学通常指的是在固态环境中电子的自旋起决定作用的现象。在更狭义的意义上，自旋电子学是电子学的新兴研究领域：自旋电子学器件基于电子学的自旋控制，或者基于自旋或磁性的电学和光学控制。这篇综述介绍了半导体自旋电子学的选定主题，介绍了自旋输运，自旋注入，Silsbee-Johnson自旋电荷耦合，自旋无关隧穿，以及自旋弛豫和自旋动力学的重要概念。半导体中最基本的自旋相关相互作用是自旋-轨道耦合。取决于材料的晶体对称性，以及基于半导体的异质结构的结构特性，自旋轨道耦合呈现不同的函数形式，给出了有效自旋轨道哈密顿量的很好的操场。最相关的材料和异质结构类的有效哈密顿量来自这里从现实的电子能带结构的描述。大多数半导体器件系统仍然是理论概念，等待实验验证。审查选定的建议，和一些演示设备，详细描述了两个重要的类：磁共振隧道结构和双极磁性二极管和晶体管。在大多数情况下，演示文稿是教程风格，介绍了基本的理论形式主义在一个可访问的水平，与案例研究般的实际实验结果的插图，以及在该领域的相关最新成果的简要回顾。
2007-11-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Prospect for room temperature tunneling anisotropic magnetoresistance effect: density of states anisotropies in CoPt systems
隧穿各向异性磁电阻（TAMR）效应是最近在（Ga，Mn）As铁磁半导体中发现的一种由自旋轨道耦合引起的效应，反映了铁磁层中隧穿态密度与磁矩取向的关系。基于从头算相对论计算的各向异性的状态密度，我们预测了相当大的TAMR效应在室温金属铁磁体。这为具有更简单几何形状的新自旋电子器件开辟了前景，因为这些器件不需要在隧道结的任一侧上的反铁磁耦合接触。我们专注于几个模型系统，从简单的hcp-Co到更复杂的铁磁结构，增强自旋轨道耦合，即散装和薄膜L1 $_0$ -CoPt有序合金和单原子Co链在Pt表面台阶边缘。通过将这些体系中磁晶各向异性的从头计算结果与实验数据进行定量比较，证实了预测的态密度各向异性的可靠性。
2006-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large tunneling magnetoresistance in VSe2/MoS2 magnetic tunnel junction
二维（2D）范德华（vdW）材料提供了实现具有令人垂涎的特性的异质结构的可能性。本文报道了基于VSe 2/MoS 2异质结的VDW磁性隧道结（MTJ）的理论研究，其中VSe 2单层作为具有室温铁磁性的铁磁体。我们提出了自旋轨道力矩（SOT）VDW MTJ的概念，具有可靠的读取和高效的写入操作。非平衡研究揭示了在300开尔文时846%的大隧穿磁阻（TMR），显著识别其平行和反平行状态。由于MoS 2的强自旋霍尔导电性，SOT有望用于VSe 2自由层的磁化翻转。MTJ中出现量子阱态和共振态，表明电压控制可以有效地调节其输运特性。基于VSe 2/MoS 2的SOT vdW MTJ提供了理想的性能和实验可行性，为2D自旋电子学提供了新的机会。
2019-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valence-band structure of ferromagnetic semiconductor (InGaMn)As
为了弄清原型铁磁半导体（III，Mn）As（III：In和Ga）的价带结构的全貌，我们对生长在AlAs/In_（0.53）Ga_（0.47）As：Be/ p+InP（001）上的[（In_（0.53）Ga_（0.47））_（1-x）Mn_x]As（x=0.06-0.15）和In_（0.87）Mn_（0.13）As进行了系统的共振隧穿谱实验。结果表明，InGaMnAs的价带几乎保持不变，带隙中存在费米能级，（InGaMn）As的价带中的p-d交换劈裂小到可以忽略不计.在In_（0.87）Mn_（0.13）As样品中，虽然由于InP和InMnAs之间晶格失配引起的大应变导致共振峰很弱，但我们的结果也表明，带隙中存在费米能级，价带中的p-d交换劈裂很小，可以忽略不计.这些结果与GaMnAs薄膜的相同方法得到的结果非常相似，即在InGaMnAs和In_（0.87）Mn_（0.13）As薄膜中，价带中没有空穴，杂质带空穴主导了薄膜的输运和磁性。这种带图片的（III，Mn）As是显着不同的II-VI基稀磁半导体。
2012-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Giant oscillatory tunnel magnetoresistance in CoFe/MgO/CoFe(001) junctions
在磁性隧道结（MTJ）中观察到的隧道磁阻（TMR）效应通常用于许多自旋电子学应用中，因为该效应可以在宽范围的器件电阻内容易地从局部磁状态转换为电信号。在这项研究中，我们证明了TMR率高达631%，在室温（RT），这是两个或更多的倍，比目前使用的磁阻随机存取存储器（MRAM）设备，使用CoFe/MgO/CoFe（001）外延MTJ。在10 K时，TMR比增加到1143%，这对应于0.923的有效隧穿自旋极化。所观察到的大的TMR比导致微调的MTJ的原子尺度结构，如晶体取向和MgO界面氧化，其中著名的Delta 1相干隧穿机制的巨大TMR效应预计将是显着的。然而，标准相干隧穿理论未涵盖的行为出乎意料地显现出来;即，(i)在厚MgO势垒区的TMR饱和和（ii）增强的TMR振荡与0.32 nm的MgO厚度的周期。特别是，TMR振荡行为占主导地位的运输在很宽的范围内的MgO厚度的峰谷差的TMR振荡超过140%，在RT，归因于大的振荡组件的外观在电阻面积积（RA）。此外，我们发现，即使在+-1 V偏置电压应用下，TMR比和RA的振荡行为仍然存在，这表明振荡的鲁棒性。我们对巨大的RT-TMR比的演示将是建立自旋电子体系结构（如大容量MRAM和自旋电子人工神经网络）的重要一步。更重要的是，目前的观察结果可以触发我们重新审视晶体MTJ中真正的TMR机制。
2022-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent resonant tunneling through quantum-well states in magnetic metallic thin films
已知磁性多层膜中包含的{ \it磁}金属层中的量子阱（QW）态在自旋相关输运中是重要的，但是QW态在{ \it磁}层中的作用仍然难以捉摸。在这里，我们确定的条件和机制，共振隧穿通过量子阱态的磁性层，并确定候选结构。本文报道了外延Fe/MgO/FeO/Fe/Cr和Co/MgO/Fe/Cr隧道结中自旋相关输运的第一性原理计算。我们证明了尖锐的量子阱态的形成在Fe层和离散的电导跳跃的量子阱态进入运输窗口，随着偏压的增加。在共振时，电流增加一到两个数量级。隧穿磁电阻比是几倍大于简单的自旋隧道结，是积极的（负）多数（少数）自旋共振，具有很大的不对称性之间的积极和消极的偏见。研究结果可作为新型自旋电子器件的基础。
2004-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing magnetism in 2D van der Waals crystalline insulators via electron tunneling
磁性绝缘体是下一代自旋电子学和拓扑器件的关键资源。层状金属卤化物家族有望成为绝缘多铁性、自旋液体和铁磁体，但需要新的表征方法来释放它们的潜力。在这里，我们报告隧穿作为温度和施加的磁场的函数通过层状磁性绝缘体CrI3。我们电学上探测到了磁基态和层间耦合，并观察到了场致变磁转变。双层、三层和四层CrI3势垒的变磁转变导致磁阻分别为95%、300%和550%。我们进一步测量我们的结的非弹性隧穿谱，揭示了丰富的光谱集体磁激发（磁振子）CrI3。我们的研究结果建立了垂直隧穿作为一个多功能的探针磁性原子薄绝缘体。
2018-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunneling current-controlled spin states in few-layer van der Waals magnets
本研究提出利用隧穿电流控制少层CrI3的自旋态，实现多自旋态间的确定性与可调随机切换，并阐明石墨烯电极非平衡自旋积累机制。
2024-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of quantum spin Hall states in Ta$_2$Pd$_3$Te$_5$
二维拓扑绝缘体（2DTI）具有量子自旋霍尔（QSH）效应，是下一代自旋电子器件的关键材料之一。迄今为止，QSH效应的实验证据仅在少数材料中观察到，因此，寻找新的2DTI处于物理和材料科学的最前沿。在这里，我们报告的2DTI范德华材料Ta $_2$ Pd $_3$ Te $_5$的实验证据。第一性原理计算表明，Ta $_2$、Pd $_3$、Te $_5$的每个单层都是具有弱层间相互作用的二维弥散张量干涉.结合运输，角分辨光电子能谱，和扫描隧道显微镜测量确认的费米能级和拓扑边缘状态的间隙内的带隙的存在。这些结果表明Ta $_2$ Pd $_3$ Te $_5$是一种很有前途的用于制备基于QSH效应的自旋电子器件的材料。
2020-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Giant Tunneling Magnetoresistance in Graphene/$h$-BN Based van der Waals Magnetic Tunnel Junctions via 3$d$ Transition Metal Intercalation
本文提出基于过渡金属插层石墨烯电极和h-BN势垒的全二维磁隧道结通用策略，第一性原理计算表明Mn-Gr和V-Gr体系可实现高达10^9%的巨隧穿磁阻、完美自旋过滤和负微分电阻。
2025-05-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
