基于拓扑绝缘体异质结的宽带太赫兹探测器

二维材料中的新量子态对凝聚态物理和现代光电器件的发展具有重要意义。然而具有宽带、室温和快速响应能力的太赫兹光电探测技术,由于缺乏暗电流和光吸收之间的最佳平衡,仍然面临着巨大的挑战。在这项研究中,作者合成了新型拓扑绝缘体材料GeBi_(4)Te_(7),并搭建了其与Bi_(2)Te_(3)的范德华异质结,以实现高灵敏度的太赫兹光电探测器。在平面金属-材料-金属结构中实现了在室温下将低光子能量太赫兹波段直接转化为光电流。结果表明,基于Bi_(2)Te_(3)-GeBi_(4)Te_(7)的太赫兹光电探测器能够实现0.02~0.54 THz的宽谱探测,且具有很高的光响应率(在0.112、0.27、0.5 THz下分别为592 V·W^(-1)、203 V·W^(-1)、40 V·W^(-1)),响应时间小于6μs。值得注意的是,它被用于高频太赫兹的成像应用演示。这些结果为Bi_(2)Te_(3)-GeBi_(4)Te_(7)拓扑绝缘体异质结材料的低能量光电应用开辟了可行性途径。

铁磁/正常/铁磁结调制的拓扑绝缘体薄膜表面输运性质（英文）

研究了拓扑绝缘体薄膜表面态在铁磁/正常/铁磁结调制下的电子自旋相关输运.发现由于交换场与杂化带隙的竞争而产生量子相变,在结无门电压时电导行为类似于自旋阀,加门电压后为自旋场效应管.有趣的是,无门电压且交换场能是杂化带隙的两倍时出现一个电导平台,磁阻比率可达100%.

铁磁/绝缘体/铁磁异质结中自旋极化电子的隧穿概率和隧穿时间

在群速度概念的基础上,研究了自旋电子隧穿通过铁磁/绝缘体/铁磁异质结中的隧穿概率和隧穿时间.研究结果表明:不同自旋方向的电子其隧穿概率和隧穿时间不仅与绝缘体长度和入射电子能量有关,而且强烈地依赖于两端铁磁层夹角的变化.当两铁磁层中磁矩取向反平行时,不同自旋方向的电子隧穿概率相同;而在两磁矩取向垂直时,不同自旋方向的电子隧穿时间相等.除此之外,不同自旋方向的电子无论是隧穿概率还是隧穿时间都呈明显的分离现象.

石墨烯-MnBi_(2)Te_(4)异质结室温高灵敏度太赫兹探测器

太赫兹技术因其在医学成像、深空探索、无线通信、无损检测等领域的应用前景而受到广泛关注。然而,常温条件下对太赫兹辐射进行高灵敏度检测仍然是一个极大的技术挑战。文中利用低热导率的磁性拓扑绝缘体MnBi_(2)Te_(4)与高热导率的石墨烯形成范德华异质结,进而构建了一种异质结结构的太赫兹探测器。室温条件下,在0.04 THz与0.12 THz的频率太赫兹辐射照射下,探测器展现出超快的光电响应速度(16μs)和较高的响应度(0.43 mA/W和4.61 mA/W),同时具备较低的噪声等效功率(2.04 nW/Hz^(1/2)和190.58 pW/Hz^(1/2))。结果表明,基于石墨烯-MnBi_(2)Te_(4)异质结的太赫兹探测器在太赫兹探测领域具有巨大的应用潜力。

(SrVO_(3))_(5)/(SrTiO_(3))_(1)(111)异质结金属-绝缘体转变和磁性调控的第一性原理研究

(111)取向的钙钛矿异质结具有独特的六角蜂窝状双层结构,展现出丰富独特的物理现象,因而近年来得到越来越多的关注.本文利用第一性原理计算研究了(111)取向的(SrVO_(3))_(5)/(SrTiO_(3))_(1)异质结,计算结果表明该体系为半金属铁磁体.进一步的研究表明该体系的电、磁性质可以通过施加面内应变和界面元素掺杂进行调控:在4%的面内压缩应变到2%的面内拉伸应变范围内,该体系保持铁磁半金属性质,V 3d电子是体系半金属性的主要来源;当面内压缩应变增加到8%或面内拉伸应变增加到4%时,该体系的基态变为反铁磁绝缘体;通过异质结界面处Ti-V阳离子的混合掺杂,该体系可以实现从铁磁半金属向铁磁绝缘体的转变.本文的研究结果表明,该体系在自旋电子学领域具有很高的应用潜力,本文研究为利用(SrVO_(3))_(5)/(SrTiO_(3))_(1)(111)异质结探索量子相变提供了理论参考.

磁控溅射法生长Bi2Te3/CoFeB双层异质结太赫兹发射

自旋太赫兹源作为一种新型太赫兹辐射源,以其高效率、超宽带、低成本、易集成等优点已成为太赫兹科学与应用领域的研究热点.本实验报道了晶圆级磁控溅射生长的多晶拓扑绝缘体Bi2Te3和铁磁体CoFeB双层异质结纳米薄膜发射太赫兹电磁波,并对太赫兹辐射特性进行了深入而系统的实验研究.在飞秒激光放大级脉冲作用下,该异质结呈现出高效率的太赫兹发射,且辐射偏振可通过外加磁场方向控制.通过与Pt/CoFeB对比,研究发现Bi2Te3/CoFeB的发射性能与Pt/CoFeB双层异质结相当.实验还对生长在不同衬底上的Bi2Te3/CoFeB的发射性能进行了对比研究,发现MgO衬底上制备的样品具有相对较好的太赫兹辐射性能.本实验研究不仅对自旋太赫兹发射机理有更加深入的认识,而且通过样品和结构的优化,有望获得更高的发射效率,且该发射器具有大尺寸批量生长、成本较低的优势,具备商业化应用的潜力.

EuS/Ta异质结的极大磁电阻效应

在铁磁/超导异质结中,铁磁体的交换场通过近邻效应将导致超导体准粒子态密度的塞曼劈裂.基于该效应,在外磁场不强的情况下,通过外加磁场可以有效地调节铁磁/超导界面处的交换作用,从而实现超导体在正常态和超导态之间转换,产生极大磁电阻.本文利用脉冲激光沉积方法制备了EuS/Ta异质结并研究了其电磁特性.Ta在3.6 K以下为超导态,EuS在20 K以下为铁磁态.在2 K时,EuS/Ta异质结中可观测蝴蝶型磁滞回线,证明在低磁场下(<±0.18 T)异质结中EuS铁磁态和Ta超导态共存.磁输运测试表明,通过施加外磁场可以有效调节EuS的交换场,随着交换场的增大,同时也加强了界面处的交换作用,从而抑制Ta的超导态,实现了Ta在超导态和正常态之间的转变,在EuS/Ta异质结中观测到了高达144000%的磁电阻.本文制备的EuS/Ta异质结具有极大磁电阻效应,在自旋电子学器件中有潜在的应用前景.

铁磁/半导体(绝缘体)/铁磁异质结中渡越时间与两铁磁层磁矩夹角变化的关系

在群速度概念的基础上,研究了自旋极化电子隧穿通过铁磁体/半导体(绝缘体)/铁磁体异质结时,渡越时间随两端铁磁层中磁矩夹角变化的关系.研究结果表明:当中间层为半导体层时,由于半导体层中的Rashba自旋轨道耦合强度的影响,自旋向上电子和自旋向下电子的渡越时间差会在两铁磁层相对磁矩夹角为π/2和3π/2附近出现一个极小值.当中间层为绝缘体层时,势垒高度的变化会导致不同取向的自旋极化电子渡越时间差的变化,并当势垒高度超过一临界值时发生翻转.