下一代非易失自旋器件物理与应用

报告人
王开友研究员
单位
中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室
时间
2921-09-10 (周三) 10:00
地点
上海研究院4号楼329报告厅(物质楼B1502同步视频)
摘要

报告摘要:利用电学的方法对固体中的自旋进行控制是自旋电子学走向应用的重要途径,也是当前研究的重点和热点[1,2]。我们研究了如何利用电学方法对磁性材料和器件磁化翻转的调控,并演示了其简单的功能应用特性[3]。

利用自旋轨道转矩实现对磁性材料的定向磁化翻转,通常都需要有外磁场的辅助。在不破坏薄膜结构对称性的前提下,我们提出了实现了在PMN-PT基片上具有铁磁/铁电异质结构的定向磁化翻转,通过改变外加电场在PMN-PT基板上的方向,可以使有效磁场逆转,完全取代了外磁场的可控性功能[4],基于此器件,我们实现了简单的逻辑功能[5]。此外,我们还利用层间交换耦合[6]实现了无外磁场的磁性多层结构中的电流控制磁化定向翻转,并定量获得到磁层间交换耦合大小和方向。通过设计和制备反铁磁层间交换耦合的Pt/FM1/Ta/FM2结构,演示了多态垂直铁磁层(FM1)的无磁场自旋轨道矩诱导的人工突触塑性[7]。提出并用局域激光退火实现横向自旋轨道矩,发现即使没有垂直自旋流注入条件下,横向自旋轨道矩可以实现自旋的定向翻转,基于此方法,我们演示了逻辑功能,并实现了半加器功能[8,9]。并基于自旋轨道转矩器件,演示了因式分解功能。

最后我们提出了下一代自旋信息器件物理和应用的机遇与挑战。

参考文献:

[1] Yucai Li, et al., Advanced Quantum Technology 2, 1800052 (2019).

[2] Kaiyou Wang, Nature Electronics 1, 378 (2018).

[3] Kaiming Cai, Meiyin Yang, et al., Nature Materials 12, 712 (2017).

[4] Meiyin Yang, Yongcheng Deng, et al., IEEE Electron Device Letters 40, 1554 (2019).

[5] Yu Sheng, et al., Advanced Electronic Materials 4, 1800224(2018).

[6] Yi Cao, A. Rushforth, et al. Advanced Functional Material 29, 1808104 (2019).

[7] Yi Cao, Yu Sheng, et al. Advanced Materials 3219079292020

[8] Nan Zhang, Yi Cao, et al. Advanced Electronic Materials 6,202000296 (2020)

 

报告人简介:王开友,研究员,博士生导师,国家杰出青年基金获得者,现任半导体超晶格国家重点实验室主任。2005年在英国诺丁汉大学天文物理学院获得哲学博士学位。2005年3月-5月在诺丁汉大学作研究助理,2005年6月-2009年3月在日立剑桥研究实验室作Researcher。曾经两次在波兰科学院物理研究所做访问研究,并作为访问教授在丹麦玻尔研究所进行短期访问研究。2009年入选中国科学院“百人计划”,加入半导体研究所超晶格国家重点实验室工作,曾获国家自然科学基金委的国家杰出青年基金资助,入选科技部创新人才推进计划“中青年科技领军人才”和万人计划“领军人才”,并入选百千万人才工程“有突出贡献中青年专家”。长期从事自旋电子学及半导体微纳器件方面的研究,并取得了一系列有一定影响力的研究成果,迄今在国际核心刊物上合作发表了100多篇科技论文,发表的文章被引用5000多次,申请了15个国内外发明专利。当前是中国物理学会理事、半导体物理专业委员会主任和多个专业委员会委员、IAAM Fellow,是国内外多个杂志编委;获得多个国内外奖励。