基于WSe?結構上存在的負磁阻現象

0 1引言

WSe?屬于TMD家族，具有層依賴性帶隙，從1.2 eV(塊體)到1.65 eV(單分子層)不等。單分子層WSe?作為一種極具發(fā)展前景的二維半導體，因其獨特的物理特性和在電子學、光電子學和自旋電子學等方面的潛在應用而備受關注。目前，二維WSe?中的電子輸運研究主要集中在橫向結構上，如場效應晶體管、光電器件、自旋電子和谷電子器件。作為一種自旋閥結構，在實驗中觀察到WSe?結構上存在負磁阻現象。盡管對TMD磁阻器件特別是基于MoS?磁阻結的大量實驗研究，但對WSe?器件的實驗和理論研究都很缺乏。磁阻是如何隨WSe?厚度變化的還不清楚。

0 2成果簡介

哈爾濱工業(yè)大學（深圳）陳曉彬老師課題組（第一作者：嚴坤）基于鴻之微量子輸運計算軟件Nanodcal進行模擬計算，研究了具有m層WSe?（m=1,2,...,6)的Ni/WSe?/Ni結的磁阻特性。對于m≤ 2，這些結是金屬的，盡管少層WSe?材料本身具有半導體特征。然而，當m>3時，結存在出輸運帶隙。有趣的是，當中心層有多個WSe?層時，結的磁阻保持在6%左右，這與界面性質的穩(wěn)定空間變化密切相關，并可歸因于隧道區(qū)域沒有自旋翻轉。我們的結果表明，Ni/WSe?/Ni結具有穩(wěn)定的磁阻，對WSe?的厚度不敏感。

0 3圖文導讀

圖 1. (a)輸運結Ni/m-WSe2/Ni示意圖，上m=1,下m=2。 (b) 用矩形單元胞計算單層WSe2的能帶結構，(藍線)和(灰虛線)表示與電極晶格匹配之前和之后的能帶。 (c) 塊體Ni和界面附近Ni原子的局域態(tài)密度[在(a)的紅色框內]。

圖 2. Ni/m- WSe2 /Ni結在(a) m = 1，(b) m = 2，(c) m = 3，(d) m = 5下的零偏置自旋分辨透射，費米能量設為零，自旋分辨?zhèn)鬏敺謩e用黑色實線和紅色虛線表示。

圖 2. Ni/m- WSe2 /Ni結在(a) m = 1，(b) m = 2，(c) m = 3，(d) m = 5下的零偏置自旋分辨透射，費米能量設為零，自旋分辨?zhèn)鬏敺謩e用黑色實線和紅色虛線表示。

圖 4. (a) Ni/1- WSe2/Ni結，(b) Ni/3-WSe2/Ni結在費米能級下的自旋和k空間分辨?zhèn)鬏敗?/p>

圖 5. 自旋向下透射譜中峰值處的散射態(tài)分布，(a) Ni/1- WSe2/Ni，(b) Ni/3-WSe2/Ni

圖 6. (a) Ni/m-WSe2/Ni結的磁阻(MR)作為m的函數，即WSe2層數。(b-c) 1層和3層結的局部磁矩分布。(d) Ni/m- WSe2 /Ni (m=1,2,3,5)沿輸運方向Ni原子層平均磁矩值及其變化。

0 4小結

我們利用第一性原理方法結合非平衡格林函數，計算了Ni/m-WSe?/Ni結的量子輸運性質。結果表明，當m≤2時Ni/m- WSe?/Ni結為金屬自旋閥，當m> 2時Ni/m- WSe?/Ni結為隧道結。金屬性可歸因于界面上Ni和Se原子之間的鍵合。當m = 1時，Ni/m- WSe?/N結的磁阻為14.8%。對于m > 2，磁阻保持在6%左右。Ni/m- WSe?/Ni結磁阻的魯棒性與界面性質隨層數m的變化一致。進一步的分析表明，自旋只在最鄰近的WSe?層翻轉，由于Ni和WSe?之間的界面耦合，這是金屬層，導致當m>2時，Ni/m-WSe?/Ni結具有穩(wěn)定的MR。對于中間有少量WSe?層的Ni/WSe?/Ni結，在低偏置電壓下，MR對層數(厚度)的魯棒性預期是有效的。