Enhanced orbital magnetic moments in magnetic heterostructures with interface perpendicular magnetic anisotropy
我们研究了磁性异质结构中轨道磁矩对磁性层厚度的依赖性，以确定界面的贡献。三种不同的异质结构，Ta/CoFeB/MgO，Pt/Co/AlO $_x$和Pt/Co/Pt，具有显着的界面贡献的垂直磁各向异性，作为模型系统进行了研究。X射线磁性圆二色光谱用于评估构成异质结构的磁性元素的相对轨道矩，即轨道矩与自旋矩的比率。我们发现，Pt/Co/Pt中Co的相对轨道矩相对于其厚度保持不变，而Pt/Co/AlO $_x$中Co的相对轨道矩随Co层厚度的减小而增大，表明后者系统存在非零的界面轨道矩.对于Ta/CoFeB/MgO，只有Fe存在非零的界面轨道矩。X射线吸收谱表明，Pt/Co/AlO $_x$中存在一种特殊的Co氧化态，这种氧化态可能引起该体系的界面轨道矩。这些结果显示了元素特定的贡献，界面轨道磁矩在磁性异质结构。
2015-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Black Phosphorus and Phosphorene/Graphene Heterostructure as Alkali metal (Li, Na, and K) Ion Battery
作为电池电极，黑磷是具有2596 mAh/g的高容量的层状材料，然而，由于锂化期间的高体积膨胀，其遭受破裂。这些裂缝会导致整个材料失去电接触，因此在进一步的充电和放电循环后容量会下降。人们需要一种不会因磷的锂化而破裂的支撑材料，以保持材料的电接触。在这里，我们认为磷烯夹在石墨烯层之间。利用密度泛函理论计算了黑磷和磷烯-石墨烯异质结构的锂化、钠化和钾化电压，与实验结果进行了比较。我们发现黑磷和磷烯-石墨烯异质结构的电压都很低，因此这些材料可以用作锂离子、钠离子和钾离子电池的阳极。
2020-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional graphene-HfS$_2$ van der Waals heterostructure as electrode material for Alkali-ion batteries
在反复充电和放电期间，导电性差和体积膨胀大是当前使用的许多电池电极材料的特征。这导致2D材料，特别是多层2D系统，被认为是替代品。在这些2D多层系统中，基于石墨烯的范德华异质结构具有作为层之一的过渡金属二硫族化物（TMDC）。因此，在本研究中，石墨烯-二硫化铪（Gr-HfS $_2$）系统作为原型Gr-TMDC系统被研究用于作为电池电极的应用。密度泛函理论计算表明，Gr-HfS $_2$范德华异质结构的形成是积极的青睐。为了探索其电池电极应用能力，在异质结构的层间引入Li、Na和K嵌入剂。发现Li和K是良好的嵌入剂，因为它们具有低的扩散势垒以及正的开路电压。与双层石墨烯和双层HfS $_2$的比较表明，Gr-HfS $_2$是有利的电池电极系统。
2020-05-13 cond-mat.mtrl-sci
1550 nm compatible ultrafast photoconductive material based on a GaAs/ErAs/GaAs heterostructure
报道了GaAs/ErAs/GaAs异质结的亚带隙吸收和超快弛豫。利用傅里叶变换红外光谱和时域泵浦探测技术研究了其红外吸收和1550 nm激发的超快光响应。位于2.0 μ m（0.62 eV）和2.7 μ m（0.45 eV）的两个吸收峰分别来自ErAs/GaAs界面肖特基态和GaAs内部的亚带隙跃迁。GaAs/ErAs/GaAs异质结构的光致载流子寿命（使用1550 nm光激发）测量为低至190 fs，使其成为1550 nm技术兼容的高临界击穿场THz器件的有前途的材料。提出了弛豫机制，揭示了ErAs的功能。
2021-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Powerful and Tunable THz Emitters Based on the Fe/Pt Magnetic Heterostructure
在这项工作中，我们报告了我们的研究在Fe/Pt磁性异质结构的太赫兹辐射。我们已经进行了全面的调查太赫兹发射Fe/Pt磁性异质结构，采用时域太赫兹光谱。我们发现，通过适当调整的Fe或Pt层的厚度，可以大大提高这种类型的异质结构的太赫兹发射。我们进一步证明了新设计的多层（Pt/Fe/MgO）$_n$（n=3）发射的THz场强可以达到~1.6 kV/cm，这与偏压为4 kV/cm的传统GaAs天线的值相当，100微米GaP和2 mm ZnTe。首次证明了太赫兹波的强度和光谱可以通过施加在图案化Fe/Pt磁性异质结构上的磁场来调节。因此，这些研究结果有望新的方法来制造强大的和可调谐的太赫兹发射器的磁性异质结构的基础上。
2016-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Rational Design of Half-Metallic Heterostructures
我们提出了一个合理的方法来设计半金属异质结构，它允许设计无限数量的半金属异质结构。使用我们的方法可以制成半金属的广泛材料使得可以设计具有可调特性的材料，例如低固有磁阻尼，小磁矩或垂直各向异性。我们展示了一系列过渡金属异质结的B2晶体结构的基础上提出的设计方案。
2011-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the Structural Stability, Electronic and Thermal Attributes of synthetic 2D Materials and their Heterostructures
基于第一性原理计算，我们研究了单层XSi_2N_4（X= Ti，Mo，W）及其横向（LH）和纵向（VH）异质结构的结构稳定性、电子结构和热性质.我们发现，这些异质结构的能量和动力学稳定，由于高的内聚能和结合能，声子谱中没有负频率。XSi_2N_4（X= Ti，Mo，W）单层膜、TiSi_2N_4/MoSi_2N_4-LH、MoSi_2N_4/WSi_2N_4-LH和MoSi_2N_4/WSi_2N_4-VH具有半导体性质，间接带隙范围为0.30至2.60 eV。在室温下，Cv值被发现是在100和416 J/K.mol之间的单层和它们的异质结构，这表明更好的能力，以保持相对于过渡金属二硫属化物的热量。我们的研究揭示了XSi 2N 4 2D单层及其异质结构的优异属性，提出它们作为纳米电子学和热电应用的潜在候选者。
2022-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Transferable tight binding model for strained group IV and III-V materials and heterostructures
在器件级晶体管建模中，捕捉应变和材料界面效应是至关重要的。我们介绍了一个可转移的sp 3d 5s * 紧束缚模型，最近邻相互作用的任意应变的IV族和III-V族材料。紧束缚模型的参数化相对于杂交功能（HSE 06）计算的各种应变系统。对IV族和III-V族材料形成的超小晶格的紧束缚计算与相应的HSE 06计算结果吻合较好。紧束缚模型在超晶格中的应用表明，对于IV族和III-V族材料，可以得到具有最近邻相互作用的可转移紧束缚模型。
2016-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Large perpendicular magnetic anisotropy in epitaxial Fe/MgAl2O4(001) heterostructures
研究了电子束蒸发外延Fe（0.7 nm）/MgAl 2 O 4（001）异质结构的垂直磁各向异性（PMA）及相关性质。使用优化的结构，我们在室温下获得了大的PMA能量~1 MJ/m3，与超薄Fe/MgO（001）异质结构相当。PMA能量和饱和磁化强度都表现出较弱的温度依赖性，保证了应用中较宽的工作温度范围。利用时间分辨磁光克尔效应测得0.7 nm Fe层的有效磁阻尼常数为~0.02。本研究证实了Fe/MgAl 2 O 4异质结用于垂直磁性隧道结的能力，并且与理论预测很好地吻合。
2018-04-19 cond-mat.mtrl-sci
The Spin-Orbit Torque from a Magnetic Heterostructure with High-Entropy Alloy
高熵合金（HEA）是一种由五种或五种以上金属组成的金属材料，它可能具有不同于传统二元或三元合金的机械和输运性质。在这项工作中，我们证明了电流诱导的自旋轨道扭矩（SOT）磁化翻转的Ta-Nb-Hf-Zr-Ti的HEA基磁性异质结构与垂直磁各向异性（PMA）。通过磁滞回线位移测量，进一步确定来自该特定的基于HEA的磁性异质结构的最大类阻尼SOT效率为$|ζ^{\operatorname{HEA}}_{DL}|\approx0.033$，而Ta对照样品的最大类阻尼SOT效率为$|ζ^{\operatorname{Ta}}_{DL}|\approx0.04$。我们的研究结果表明，基于HEA的磁性异质结构可以作为一组新的潜在候选人的SOT器件的应用。
2017-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Spontaneous Reversal in Magnetic Heterostructures
我们观察到在恒定的外加磁场下外延铁磁/反铁磁异质结构的热致自发磁化反转。与任何其他磁性系统不同，磁化会自发反转，随着温度的降低而与外加磁场反平行排列。我们表明，这种不寻常的现象是由于界面的反铁磁耦合克服了塞曼能量的铁磁体。存在显著的温度滞后，其高度和宽度可以通过在热循环期间施加的场来调节。磁滞现象源于系统的内禀磁各向异性。对这种现象的观察导致了对磁性异质结构的一般理解中的开放性问题。此外，这表明，在一般情况下，异质纳米结构材料可能会表现出意外的现象，在本体中不存在。
2006-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Switching intrinsic magnetic skyrmions with controllable magnetic anisotropy in van der Waals multiferroic heterostructures
基于第一性原理研究，提出在二维范德华多铁异质结构CrSeI/In2Te3中通过反转铁电极化调控磁各向异性，实现本征磁性斯格明子与高温铁磁态的切换，为自旋电子学提供节能高效策略。
2024-03-09 cond-mat.mtrl-sci
MXene-based Ti2C/Ta2C lateral heterostructure: an intrinsic room temperature ferromagnetic material with large magnetic anisotropy
利用第一性原理计算研究 Ti₂C/Ta₂C MXene 横向异质结构，揭示其增强力学强度、界面电荷重排、低功函数及高居里温度与大磁各向异性，适用于二维自旋电子学等领域。
2023-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Flattening van der Waals heterostructure interfaces by local thermal treatment
基于堆叠的2D材料的定制异质结构的制造提供了可控地调谐电子和光学性质的有效方法。为此，优化制造这些异质结构的制造技术势在必行。在2D材料的逐层组装中的常见挑战是在原子级薄的界面处形成气泡。我们提出了一种技术，用于解决这个问题，通过消除在异质结界面处形成的气泡，在一个自定义的区域，使用由激光器产生的热量，配备光栅扫描功能。我们证明，在石墨烯-ReS 2界面处形成的气泡的密度可以使用该方法可控地降低。我们讨论了通过考虑两个原子级薄的二维材料之间的界面热导率和粘附能的相互作用的平坦化机制的理解。
2020-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Magnetocapacitive La0.6Sr0.4MnO3 0.7Pb(Mg0.33Nb0.67)O3 0.3PbTiO3 epitaxial heterostructures
用脉冲激光烧蚀法在LaNiO 3/LaAlO 3（100）衬底上制备了La0.6Sr0.4MnO30.7Pb（Mg0.33Nb0.67）O30.3PbTiO3异质结。铁磁和铁电滞后确定了它们的双铁性。介电行为研究在不同的磁场在很宽的频率和温度范围内显示，在这些异质结构的电容随所施加的磁场。磁电容的出现及其对磁场、磁性层厚度、温度和频率的依赖性表明应变介导的磁电耦合、磁性层的磁阻和Maxwell Wagner效应对所观察到的性质的综合贡献。
2008-04-16 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Prediction of Electronic Transport in Experimental Semiconductor Heterostructures via Physics-Based Machine Learning
电子输运性质预测的第一性原理技术近年来发展迅速。然而，它仍然是一个挑战，模型异质结构纳入可变性，由于制造工艺。基于机器学习（ML）的材料信息学方法（MI）越来越多地用于加速具有目标特性的新材料的设计和发现，并将第一性原理技术的适用性扩展到更大的系统。然而，很少有研究利用MI来学习电子结构性质，并使用这些知识来预测各自的输运系数。在这项工作中，我们提出了一个电子传输信息学（ETI）框架，该框架训练小系统的从头算模型，并预测硅/锗异质结构的热电势超出了第一原理技术可访问的长度范围，与测量数据相匹配。我们展示了MI的应用，以提取重要的物理，确定电子输运在半导体异质结构，打破了追求的组合策略，特别是热电材料。我们预计，ETI将有广泛的适用性，以不同的材料类别。
2020-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Exchange Couplings in Magnetic Topological Insulator/Antiferromagnet Heterostructures
磁性拓扑绝缘体，如Cr掺杂的（Bi，Sb）2 Te 3，为实现多功能时间反演破磁物理提供了一个平台。通过在反铁磁CrSb中构建Néel有序异质结构和在Cr掺杂的（Bi，Sb）2 Te 3中构建磁拓扑有序异质结构，实现了可以通过人工结构工程定制的界面磁现象.通过故意的异质结构和超晶格的几何设计，我们证明了反铁磁交换耦合在操纵的拓扑表面大量狄拉克费米子的磁性。这项工作为拓扑绝缘体与反铁磁材料的结合提供了一个新的框架，并为无耗散拓扑反铁磁自旋电子学开辟了新的途径。
2016-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Voltage control of magnetic anisotropy in epitaxial Ru/Co2FeAl/MgO heterostructures
磁异质结构中磁各向异性的电压控制（VCMA）是实现超低功耗高能效电子器件的关键技术。在这里，我们报告的第一个示范的VCMA效应在新型外延Ru/Co2 FeAl（CFA）/MgO异质结构与界面垂直磁各向异性（PMA）。制备了具有Ru/CFA/MgO结构的垂直磁化隧道结，并对CFA自由层的开关场进行了有效的电压控制。在室温（4K）下，CFA薄膜的VCMA系数达到108（139）fJ/Vm。通过重复测量证实了异质结构中的界面稳定性。还研究了界面PMA和VCMA效应的温度依赖性。结果发现，温度依赖性遵循幂律的饱和磁化强度的指数为~2。在这项工作中观察到的显着的VCMA效应表明，Ru/CFA/MgO异质结构可能是一个有前途的候选人与电压控制的自旋电子器件。
2016-11-09 cond-mat.mtrl-sci
2D materials and van der Waals heterostructures
基于这种晶体的二维（2D）材料和异质结构的物理学发展非常迅速。随着新的2D材料，真正的2D物理已经开始出现（例如，缺乏长程序，2D激子，无公度跃迁等）。新型异质结器件也开始出现-隧穿晶体管，共振隧穿二极管，发光二极管等，由单个2D晶体组成，这些器件利用这些晶体的特性来创建我们在其他异质结中无法访问的功能。我们回顾了新型二维晶体的特性以及它们的特性如何用于新的异质结器件。
2016-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phosphorene-AsP Heterostructure as a Potential Excitonic Solar Cell Material - A First Principles Study
太阳能利用光化学转换为电能是替代能源研究中的一个新兴领域。在此，我们报告的基础上的密度泛函计算，磷烯/AsP异质结构可能是一个很有前途的激子太阳能电池（XSCs）的材料。我们的HSE 06泛函计算表明，磷烯和AsP的带隙正好落在XSC要求的最佳值范围内。计算的电子和空穴的有效质量在本质上显示出各向异性，其中沿着$Γ$ -X方向的有效质量低于$Γ$ -Y方向，因此电荷传输沿着$Γ$ -X方向将更快。光吸收的宽能量范围证实了这些材料在太阳能电池应用中的潜在用途。有趣的是，磷烯和AsP单层形成II型能带排列，这将增强光生载流子的分离，因此复合速率将更低，如果将其用于XSC，则可以进一步提高其光转换效率。
2017-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Great enhancement of Curie temperature and magnetic anisotropy in two-dimensional van der Waals magnetic semiconductor heterostructures
根据Mermin-Wagner定理，在二维磁系统中，需要大的磁各向异性来稳定磁序。基于密度泛函理论（DFT）计算，提出了在范德华异质结构中，通过附加一个具有大自旋轨道耦合的铁磁半导体单层，可以大大增强二维铁磁半导体的磁各向异性能（MAE）.我们研究了Cr_2Ge_2Te_6/PtSe_2双层异质结构，其中每一层都已在最近的实验中实现。DFT计算表明，Cr2Ge2Te6/PtSe2的MAE提高了70%，居里温度TC远高于室温。提出了一个模型哈密顿量来分析DFT结果，表明Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和单离子各向异性都有助于MAE的增强。基于超交换图象，我们发现Cr的3d轨道和Te的5p轨道之间的能量差的减小部分地有助于TC的增加。我们目前的工作表明，一个有前途的方式来提高MAE和TC通过构建范德华半导体异质结构，这将启发进一步研究的二维磁性半导体系统。
2020-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Strain Switching in van der Waals Heterostructures triggered by a Spin-Crossover Metal Organic Framework
范德华异质结构（vdWH）结合了具有感兴趣特性的不同分层材料，1例如二维（2D）半金属，半导体，磁体或超导体。这些异质结构提供了工程新材料的可能性，这些材料具有以其他方式无法获得的新兴功能。除了无机2D材料之外，层状分子材料仍然相当未被探索，只有很少的例子将它们隔离为原子薄层。通过适当的化学设计，可以调节这些系统的物理性质，如所谓的自旋交叉（SCO）化合物所示，其中可以通过施加外部刺激如光、温度、压力或电场来诱导自旋转变。在这里，我们报告的vdWHs形成的SCO层和几层石墨烯，其性质修改的应变伴随着自旋跃迁。这些分子/无机vdWHs代表了确定性的掺入的非线性分子层与其他二维材料的兴趣在应变电子学的新兴领域。
2022-01-11 cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional van der Waals heterostructures
材料的设计性能是材料合成中一个很有吸引力的概念，但在实际中很难实现。最近一个成功的例子是范德华（vdW）异质结构的演示，1-3其中原子层相互堆叠，不同的成分可以超越对称性和晶格匹配进行组合。这个概念，通常被描述为纳米级乐高积木，允许逐层构建复杂的结构。然而，这种概念迄今为止仅限于二维（2D）材料。在这里，我们展示了一类新材料，其中不同的层同轴（而不是平面）堆叠。由于这种结构是一维的，我们称之为“一维vdW异质结构”。我们展示了一个5 nm直径的纳米管由三种不同的材料组成：内部导电碳纳米管（CNT），中间绝缘六方氮化硼纳米管（BNNT）和外部半导体二硫化钼纳米管。由于该技术高度适用于当前2D库中的其他材料，4-6我们预计我们的策略将成为发现一类新的半导体纳米管材料的起点。碳纳米管、BNNT和半导体纳米管的结合将产生大量的功能可设计的一维异质结构。
2018-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Electric field driven magnetic domain wall motion in ferromagnetic-ferroelectric heterostructures
研究了铁磁-铁电异质结构中外加电场诱导的磁畴壁动力学。在传统的驱动机制，其中MDW运动是由磁场或电流直接感应，MDW运动出现在这里作为强钉扎的MDW到铁电畴壁（FDW）通过局部应变耦合的结果。通过进行广泛的微磁模拟，我们发现几个动力学制度，包括不稳定性，如自旋波发射和复杂的变换的MDW结构。在所有情况下，MDW的时间平均速度等于FDW的速度，表明没有Walker击穿。
2014-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic coupling in Y$_3$Fe$_5$O$_{12}$/Gd$_3$Fe$_5$O$_{12}$ heterostructures
铁磁材料Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$（YIG）由于其极低的阻尼而成为研究磁振子性质的原型材料。通过用具有净磁矩的其他稀土元素代替钇，我们可以引入额外的自旋自由度。本文研究了脉冲激光外延生长的$_3$ Fe $_5$ O $_{12}$ /$_3$ Fe $_5$ O $_{12}$（YIG/GIG）异质结中的磁耦合。通过体敏磁强计、表面敏自旋Seebeck效应（SSE）和自旋霍尔磁电阻（SMR）测量，我们确定了异质结构的磁化强度随温度和外加磁场的变化规律。YIG和GIG的Fe子晶格之间的铁磁耦合主导了异质结构的整体行为。由于温度依赖的钆矩，可以确定整个双层系统的磁补偿点。随着YIG厚度的增加，由于铁力矩的平行排列，该补偿点向较低温度移动。我们表明，我们可以通过调整各层的厚度来控制异质结构的磁性，为基于耦合磁绝缘体的磁振子器件开辟了一个大的运动场。这些器件可以潜在地控制类似于巨磁阻器件中的电子输运的磁振子输运。
2021-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Interdiffusion in epitaxial ultrathin Co2FeAl/MgO heterostructures with interface-induced perpendicular magnetic anisotropy
利用扫描透射电子显微镜（SEM）、能量色散X射线谱（EDS）和X射线磁圆二色性（XRD）研究了外延生长的Co2 FeAl/MgO（001）异质结的结构，并与界面诱导的垂直磁各向异性（PMA）有关。研究发现，Co2 FeAl层中的Al原子向MgO中发生了明显的互扩散，在Co2 FeAl/MgO界面附近形成了贫Al的Co-Fe-Al/Mg-Al-O结构。这种原子置换可能起到额外的作用，提高PMA，这是与观察到的大垂直轨道磁矩的Fe原子在界面处。这项工作表明，在ferromanget/势垒界面的相互扩散的控制是至关重要的界面诱导PMA系统的设计。
2016-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Advances and opportunities for automated robotic preparation of 2D materials and fabrication of 2D heterostructures
University of Arkansas（阿肯色大学）；University of Maine（缅因大学）；Montana State University（蒙大拿州立大学）；University of Utah（犹他大学）
本文综述了二维材料及异质结构自动化机器人制备的进展，指出人工制备已达极限，需AI驱动的自动化工具推动该领域向新前沿发展。
2026-08-13 cond-mat.mtrl-sci
A 4-fold-symmetry hexagonal ruthenium for magnetic heterostructures exhibiting enhanced perpendicular magnetic anisotropy and tunnel magnetoresistance
本文报道了MgO/Ru/Co_2FeAl/MgO异质结中出现的一种不寻常的具有四重对称性的六方Ru晶体取向，其中近似Ru（02-23）的生长归因于MgO、Ru和Co_2FeAl之间的晶格匹配。与Cr（001）层相比，Co2 FeAl/MgO界面的垂直各向异性显著增强。采用这种结构的MTJ产生了最大的隧道磁阻的垂直MTJ使用低阻尼Heusler合金。四重对称的六方Ru来自于具有空前高的晶体指数的外延生长，为立方和四方铁磁合金的垂直各向异性膜的发展开辟了独特的途径。
2014-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Designing Magnetic Topological van der Waals Heterostructure
提出了一种利用二维磁体CrI $_3$和二维材料Ge/Sb相结合的vdw异质结构（vdw-HS）设计二维功能磁性拓扑异质结构（HS）的新方法，实现了具有非零Chern数（C=1）和手征边缘态的新的二维拓扑系统。非平凡的拓扑结构主要源自于CrI $_3$层，而非磁性元素诱导电荷转移过程和邻近增强的自旋轨道耦合。由于这些独特的属性，我们的拓扑磁性vdw-HS克服了弱磁化通过邻近效应在以前的设计，因为磁化和拓扑共存于同一个磁性层。具体地说，我们的双层CrI $_3$ /Sb和三层CrI $_3$ /Sb/CrI $_3$系统表现出不同的拓扑基态，从反铁磁拓扑晶体绝缘体（C $_M$ = 2）到QAHE。这些非平凡的拓扑转变被证明是可切换的三层结构中，由于从反铁磁性的铁磁性的存在下，一个外部的垂直电场的值小至0.05 eV/A的磁开关。因此，我们的研究提出了一个现实的系统，设计可切换的磁拓扑器件与电场。
2020-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Quantum engineering of transistors based on 2D materials heterostructures
量子工程需要一个原子接一个原子地设计和制造电子设备。这种结合了材料科学和器件工程的创新技术已经被最近在二维材料的垂直和横向异质结构的制造方面的进展以及通过计算纳米技术对技术潜力的评估所促进。但是，我们离下一代原子级薄晶体管的实际实现还有多远？从这个角度来看，我们分析了使用二维材料异质结构的量子工程晶体管的前景和挑战，以及硅技术的基准及其在潜在性能和可制造性方面的可预见发展。从性能的角度来看，基于横向异质结构的晶体管成为最有前途的选择，即使异质结构的形成和控制处于初始技术开发阶段。
2018-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determination of surface and interface magnetic properties for the multiferroic heterostructure Co/BaTiO3 using SPLEED and ARPES
Co/BaTiO $_3$（001）是最有趣的多铁性异质结构之一，因为它结合了不同的铁性相，为创新的技术应用奠定了基础。Co/BaTiO $_3$（001）的电磁性质已被各种理论方法所研究。在这里，我们确定3 ML Co/BaTiO $_3$的磁性能计算自旋极化电子衍射以及角分辨光电子能谱，这两种方法都建立了良好的表面敏感技术。此外，我们讨论了改变的BaTiO $_3$极化的光谱上的影响，并归因于所观察到的变化的电子结构的特征细节。
2016-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Anisotropy in Two-dimensional van der Waals Magnetic Materials and Their Heterostructures: Importance, Mechanisms, and Opportunities
本文综述了二维范德华磁性材料中磁各向异性的重要性、基本机制及调控方法，旨在推动室温自旋电子学应用的发展。
2025-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Nano-optical imaging of monolayer MoSe2-WSe2 lateral heterostructure
近场光学显微镜可以作为一种可行的途径来了解低于衍射极限的纳米材料的性质。另一方面，原子厚度的二维过渡金属二硫属化物（TMD）是近年来研究载流子、光子和声子空间限制的热点材料。基于Mo或W基单层TMD的异质结构形成II型能带排列，因此光激发载流子可以容易地分离用于与光子学和电子学有关的应用。映射这些空间受限的载流子或光子在异质结构与纳米级的分辨率，以及它们的复合行为在界面上是必要的，有效地利用这些材料在未来的高性能光电子学。为了提高MoSe2-WSe2横向异质结的空间分辨率，我们对化学气相沉积（CVD）法生长的MoSe2-WSe2横向异质结进行了针尖增强光致发光（TEPL）成像。近场纳米PL发射图被用来区分不同的晶界的存在和界面上的异质性。这种方法显著提高了二维材料的纳米级分辨率，特别是对于理解异质界面附近的PL发射特性。
2017-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Large Gap Quantum Anomalous Hall Effect in a Type-I Heterostructure Between a Magnetically Doped Topological Insulator and Antiferromagnetic Insulator
拓扑绝缘体（TI）和磁性绝缘体之间的异质结构是实现量子反常霍尔效应（QAHE）的重要途径。使用密度泛函理论为基础的系统的筛选和调查的热力学，磁性和拓扑性质的异质结构，我们表明，形成一个I型的异质结构之间的宽禁带的反铁磁绝缘体Cr $_2$ O $_3$和TI膜，如Sb $_2$ Te $_3$，可以导致费米能级钉扎在间隙的中心，即使在磁性掺杂。异质结构中的Cr掺杂将带隙增加到$\sim$ 64.5 meV，具有来自界面Cr掺杂剂的大塞曼能量，从而克服了由于能带弯曲效应而导致的潜在金属性。通过将费米能级附近的能带结构拟合为4带k.p模型哈密顿量，我们证明了Cr掺杂Sb $_2$ Te $_3$ /Cr $_2$ O $_3$是一个陈数C =-1的陈绝缘体.输运计算进一步表明，手性边缘模式本地化的顶部/底部的TI膜的材料中的主要电流载体。我们的预测的一个大的界面磁性，由于铬掺杂剂，反铁磁耦合到AFM衬底上的MBE生长的Cr掺杂Sb $_2$ Te $_3$ /Cr $_2$ O $_3$异质结构，我们的极化中子反射测量证实，是一致的，最近在这样的系统中测量的正交换偏置。因此，Cr掺杂Sb $_2$ Te $_3$ /Cr $_2$ O $_3$异质结构代表了开发具有高可调谐性的功能拓扑磁性器件的有希望的平台。
2021-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization Reversal by Electric-Field Decoupling of Magnetic and Ferroelectric Domains Walls in Multiferroic-Based Heterostructures
我们证明了与反铁磁多铁性材料（LuMnO 3）接触的铁磁体的磁化强度可以通过电场脉冲快速反转，并且磁交换偏置的符号可以等温地切换和恢复。由于LuMnO3不是铁弹性的，我们的数据最终表明，这种开关是不介导的应变效应，而是一个独特的电场驱动的铁电和铁磁畴壁去耦。它们独特的动力学对于所观察到的磁开关是必不可少的。
2010-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Recent Progress of Heterostructures Based on Two Dimensional Materials and Wide Bandgap Semiconductors
二维材料的合成和组装的最新进展为原子级薄膜的各种应用奠定了基础。这些二维材料具有丰富多样的性质，如层相关的带隙，有趣的自旋自由度，和可变的晶体结构。它们在微纳器件中具有广阔的应用前景。与此同时，宽带隙半导体（wide bandgap semiconductor，WBS）具有高击穿电压、高迁移率和高热导率等优点，在高频微波器件、高温和大功率电子器件中显示出重要的应用。除了对单一二维材料或WBS材料的研究外，多功能二维/WBS异质结构可以促进界面处的载流子输运，提供新的物理现象和应用，提高电子和光电子器件的性能。本文综述了二维异质结构材料和WBS异质结构材料的优点，并介绍了二维/WBS异质结构的制备方法。然后，我们介绍了2D/WBS异质结构的应用的多样性和最新进展，包括光电探测器，MEMS，传感器和能源相关的设备。最后，提出了二维/WBS异质结构目前面临的挑战和未来的研究方向。
2022-03-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Gate-tunable magnetic damping in van der Waals Heterostructures
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Halle-Berlin-Regensburg Cluster of Excellence CCE, University of Regensburg（哈勒-柏林-雷根斯堡卓越集群）
本研究通过理论模型和第一性原理计算，证明范德华异质结构中的磁阻尼可通过静电栅极实现多个数量级的电调谐，为低功耗自旋电子器件提供了新平台。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Mixed-Dimensional van der Waals Heterostructures
越来越多的二维（2D）材料的隔离激发了全世界将不同的2D材料集成到范德华（vdW）异质结构中的努力。考虑到任何钝化的无悬挂键表面将通过vdW力与另一个表面相互作用，vdW异质结构概念可以扩展到包括2D材料与主要通过非共价相互作用粘附的非2D材料的集成。在这篇综述中，我们提出了一个简洁和关键的调查新兴的混合维（2D + nD，其中n是0，1或3）异质结器件。通过与全二维vdW异质结构以及与竞争的传统技术的比较和对比，强调了混合维vdW异质结构的挑战和机遇。
2016-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deficiency of the Bulk Spin Hall Effect Model for Spin-Orbit Torques in Magnetic Insulator/Heavy Metal Heterostructures
在磁性绝缘体/重金属异质结构中，电流可以同时引起两种效应，即重金属侧的自旋霍尔磁电阻（SMR）和磁性绝缘体侧的自旋轨道力矩（SOTs）。在基于体自旋霍尔效应（SHE）的纯自旋流模型框架内，自旋霍尔诱导反常霍尔效应（SH-AHE）与SMR的比值应等于类场力矩（FLT）与类阻尼力矩（DLT）的比值。本文对不同厚度的Tm_3Fe_5O_（12）/Pt或Tm_3Fe_5O_（12）/Pt异质结构的SMR、SH-AHE和SOT进行了定量研究，其中Tm_3Fe_5O_（12）是一种具有垂直磁各向异性的亚铁磁绝缘体。我们发现FLT和DLT的测量有效场之间的比率至少是SH-AHE与SMR的比率的2倍。此外，体SHE模型严重低估了FLT的自旋力矩效率。我们的研究结果揭示了体SHE模型的不足之处，也解决了界面效应的重要性，如Rashba和磁性绝缘体/重金属异质结构中的磁邻近效应。
2017-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating the wavelength of single photons in insulating van der Waals heterostructures: theory and application to bilayer hexagonal boron nitride
本文提出一种阐明绝缘范德华异质结影响单层单光子发射能量机制的通用方法，并以双层六方氮化硼中的碳取代情形开展具体研究。
2024-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Hidden peculiar magnetic anisotropy at the interface in a ferromagnetic perovskite-oxide heterostructure
理解和控制铁磁薄膜的界面磁性对于自旋电子器件的应用是至关重要的。然而，使用传统的磁力测量法，很难将它们与体特性分开检测。在此，利用La0.6Sr0.4MnO3（LSMO）/LaAlO 3（LAO）/Nb掺杂SrTiO 3（001）单势垒异质结构中的隧穿各向异性磁电阻，我们揭示了在LSMO/LAO界面处沿[110]c方向存在一种特殊的双重磁各向异性（MA），这在体LSMO中是没有观察到的.该MA显示出未知的行为，即在LSMO中费米能级以下0.2 eV的能量处，易磁化轴旋转90°。我们把这种现象归因于在LSMO界面的eg和t2 g带之间的过渡。我们的发现和理解的MA的能量依赖性的方法证明了一种新的可能性，通过控制氧化物异质结构的能带结构的界面磁性能的有效控制。
2017-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Exploring interfacial exchange coupling and sublattice effect in heavy metal/ferrimagnetic insulator heterostructures using Hall measurements, x-ray magnetic circular dichroism, and neutron reflectometry
我们使用随温度变化的霍尔测量，以确定贡献的自旋霍尔，磁接近，和亚晶格效应的异常霍尔信号在重金属/亚铁磁绝缘体异质结垂直磁各向异性。这种方法能够检测磁邻近效应起始温度和磁化补偿温度，并提供关于界面交换耦合的基本信息。磁邻近效应的发生在温度相关的异常霍尔信号中产生局部极值，该信号随着磁绝缘体厚度的增加而发生在更高的温度下。这种磁邻近效应开始发生在Pt比W高得多的温度下。磁化补偿点是由一个尖锐的异常霍尔符号变化和发散的矫顽场确定的。利用X射线磁性圆二色性和极化中子反射仪直接探测了磁性邻近效应，揭示了W和磁性绝缘体之间的反铁磁耦合。最后，我们总结了各种重金属/磁性绝缘体异质结构中磁化重金属的交换耦合组态和反常霍尔效应符号。
2019-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnet-semiconductor van der Waals heterostructures: interlayer interplay of exciton with magnetic ordering
范德华（vdW）异质结构因其丰富的材料组合而引起了人们极大的兴趣，二维磁体的发现为磁性vdW异质界面的研究提供了新的平台，但目前对磁性vdW异质界面的研究仅限于具有铁磁表面的界面。在这里，我们报告了磁性VDW异质界面使用分层层内反铁磁MPSe 3（M=Mn，Fe）和单层过渡金属二硫属化物（TMD）。我们发现了一个异常上移的激子峰在单层TMD的反铁磁转变温度以下的MPSe 3，捕获层间激子-磁振子耦合的签名。这是一个从单一材料扩展到异质界面的概念。此外，这种耦合强烈地依赖于面内磁结构和堆叠方向，显示其对它们的磁界面的敏感性。我们的发现提供了一个机会，调查在不同的材料跨接口之间的相互作用的基本激发，并寻找新的功能的磁性vdW异质界面。
2020-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Design Principles and Physical Properties of Two-Dimensional Heterostructured Borides
设计原则，以创造动态稳定的过渡金属，镧系元素，锕系元素为基础的低维硼化物。施主金属原子的电荷转移分析，电子缺乏的蜂窝状B晶格允许预测复杂的共价异质结构托管狄拉克状态。应用第一性原理计算计算的声子谱的分析来证明纳米厚异质结构的物理稳定性。相似或不相似的层状硼化物可以以逐层的方式堆叠在彼此的顶部，从而产生与单个层根本不同的界面，为探索新颖的物理特性和新材料开辟了丰富的游乐场。研究了多狄拉克态、高色散电子带和解耦声光声子等功能。层状硼化物具有良好的电子性能和物理性能，是一种很有前途的二维材料。
2022-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Heterostructure Design in Two-Dimensional Perovskites by Sequential Recrystallization
Italian Institute of Technology (IIT)（意大利理工学院）；Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Università degli Studi di Genova（热那亚大学化学与工业化学系）
通过顺序重结晶方法设计多种二维钙钛矿异质结构，实现多色发光和光学耦合，为新型光电子器件开发提供新途径。
2025-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the perpendicular magnetic anisotropy, spin Hall switching current density and domain wall velocity by submonolayer insertion in Ta / CoFeB / MgO heterostructures
通过在Ta / CoFeB / MgO / Ta异质结构中亚单层插入Au、Pt或Pd，我们调整了铁磁层的垂直磁各向异性和矫顽场。我们表明，这有一个重大的影响自旋霍尔开关电流密度和它的依赖于外部磁场。尽管$θ_\mathrm{SH} \approx -0.07$的有效自旋霍尔角相当小，但我们获得了低至$2 \times 10^{10}$ A/m $^2$的开关电流密度。我们发现，Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用参数$D$减少与Au或Pd中间层，和垂直各向异性场减少了一个数量级与Pd中间层。用畴壁形核和扩展模型定量地解释了开关电流密度与电流脉冲宽度的关系。因此，界面工程被认为是一个合适的路线，以定制的电流感应磁化开关特性的磁性异质结构。
2017-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Topological Hall-like anomalies from twisted magnetic exchange spring in Nd0.6Sr0.4MnO3 / SrRuO3 heterostructures
该研究通过磁学与磁输运测量并改变SRO层厚度，考察NSMO/SRO氧化物异质界面的邻近效应及非平庸自旋织构相关的类拓扑霍尔异常。
2024-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Size Dependence of Domain Pattern Transfer in Multiferroic Heterostructures
多铁性异质结构中的磁电耦合可以产生磁各向异性的大的横向调制，使得铁电畴能够压印到铁磁薄膜中。铁磁膜内的交换和静磁相互作用反对这种域的形成。使用微磁学模拟和1-D模型，我们证明了竞争的能量导致的崩溃的域模式转移低于临界域宽度。此外，磁场的旋转导致具有不同磁各向异性的两个标度制度之间的突变。
2014-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Oxide Heterostructures for Efficient Solar Cells
我们提出了一种未开发的高效率太阳能电池吸收材料：过渡金属氧化物的异质结构。特别是在SrTiO3上生长的LaVO3，其直接带隙在最佳范围内约为1.1 eV，并且具有内部电势梯度，这对分离光生电子空穴对有很大帮助。此外，氧化物异质结构提供了将LaVO_3与诸如LaFeO_3的其他材料组合的灵活性，以实现带隙渐变太阳能电池的更高效率。我们使用密度泛函理论来证明这些功能。
2013-04-08 cond-mat.mtrl-sci
One million percent tunnel magnetoresistance in a magnetic van der Waals heterostructure
我们报告的观察一个非常大的负磁阻效应的范德华隧道结纳入薄的磁性半导体，CrI3，作为有源层。在恒定的电压偏置下，在施加2特斯拉的场时，电流增加近百万%。这种效应是由不同CrI3层的自旋从反平行到平行排列之间的变化引起的。我们的研究结果阐明的性质的磁态在Cr13Cr13和自旋电子学的基础上的二维材料提出了新的机会。
2018-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Electric field control of magnetization dynamics in ZnMnSe/ZnBeSe diluted-magnetic-semiconductor heterostructures
我们表明，在稀磁半导体中的磁化动力学可以单独控制从静态磁化通过电场。在n型调制掺杂的（Zn，Mn）Se/（Zn，Be）Se量子阱中，通过施加栅压，磁性Mn ~（2+）离子的自旋-晶格弛豫（SLR）时间可调两个数量级.该效应是基于通过二维电子气（2DEG）为SLR提供额外的通道。负责的激子的巨大塞曼自旋分裂的静态磁化不受2DEG密度。
2006-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Interface-driven magnetic anisotropy in relaxed La$_{0.7}$Sr$_{0.3}$CrO$_3$/La$_{0.7}$Sr$_{0.3}$MnO$_3$ heterostructures on MgO
研究了用分子束外延法在（001）取向MgO上生长的La $_{0.7}$ Sr $_{0.3}$ CrO $_3$（LSCO）/La $_{0.7}$ Sr $_{0.3}$ MnO $_3$（LSMO）异质结的结构和磁性。由于大的薄膜-衬底晶格失配，应变弛豫被发现发生在第一个2-3个单位晶胞（uc）的薄膜，证明了反射高能电子衍射和高分辨率同步辐射X射线倒易空间映射。我们发现，存在的LSCO间隔层和帽层导致铁磁性的超薄LSMO层的厚度为2 μ c的顺序与磁易轴取向的膜平面。用SQUID磁强计测量了[2 uc LSCO/ 2 uc LSMO]和[2 uc LSCO/ 4 uc LSMO]超晶格的净磁矩分别为1.4和2.4 $μ_B$ /Mn。放松[2 μ c LSCO/ 4 μ c LSMO]异质结构的有效磁各向异性被发现是一个数量级高于散装LSMO突出的界面磁交换相互作用的关键作用，在复杂的氧化物界面的磁各向异性调谐。
2020-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropy and effective medium approach in the optical response of 2D material heterostructures
本文从微观模型推导二维材料及垂直、水平异质结的有效光学响应，揭示水平纳米带结构在薄层极限下的反直觉面内各向同性，并以石墨烯、hBN等精确计算验证。
2023-09-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spin Hall torque driven chiral domain walls in magnetic heterostructures
描述了自旋霍尔力矩驱动下双磁性异质结构中磁畴壁的运动。我们展示了垂直磁化CoFeB的结果|具有各种重金属底层的MgO异质结构。畴壁根据底层材料的不同沿电流流动方向或逆电流流动方向移动。畴壁移动的方向与在这些异质结构中形成的畴壁螺旋的手性相关联。一维模型被用来描述的实验结果和提取参数，如Dzyaloshinskiii-Moriya交换常数，这是负责的畴壁螺旋的形成。本文描述了在磁性异质结构中界面控制所引起的快速效应。
2015-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
