Modulation der Magnetowiderstandspolarität in BLG/SL-MoSe2-Heterostacks

Einführung

Übergangsmetalldichalkogenide (TMDs) und Graphen sind hervorragende 2D-Materialien für elektronische, photovoltaische und spintronische Bauelemente [1,2,3,4,5]. In der Spintronik ist der SVJ ein vielversprechendes physikalisches Phänomen und ermöglicht die nichtflüchtige Datenspeicherung mit ferromagnetischen Speicherelementen, die als Spinpolarisatoren oder -analysatoren wirken. Es realisierte eine neue Ära magnetischer Direktzugriffsspeicher, magnetischer Sensoren und grundlegender Logikanwendungen als Informationsvektor [6,7,8]. In den letzten Jahren haben Graphen und zweidimensionale Übergangsmetalldichalkogenide (2D-TMDs) weit verbreitete neuartige Spintronikanwendungen gefunden [9,10,11,12,13,14,15,16]. Sie wurden aufgrund ihrer Spinkohärenz und hohen Spin-Bahn-Kopplung weit verbreitet verwendet, um den hohen Magnetowiderstand von 2D-Materialien zu bestimmen [16, 17]. Unter allen TMDs jedoch einlagiges MoSe₂ (SL-MoSe₂ ) wird in der Spintronik trotz seines geringen Spinaufspaltungseffekts (188 meV) und seiner Bandlücke (1,5 eV) weniger erforscht als bei WS₂ und WSe₂ in einem dünnschichtigen Nanoblatt [18, 19]. Die Integration von SVJs auf der Basis von 2D-Materialien erbt einige Probleme, wie z. B. die Oxidationsbeständigkeit, die neue Entwicklungen in der Geräteherstellung hervorruft [20,21,22]. Darüber hinaus waren Hybride oder Heterostrukturen aus 2D-geschichteten Halbleitermaterialien und Graphen in magnetischen Tunnelübergängen unerforscht. Sie hätten möglicherweise explizite Spineigenschaften und komplementäre Informationen in spinpolarisierten Geräten. Mehrere Probleme des Nasstransfers in herkömmlichen SVJs sind diejenigen, die die nachteilige Oxidation von ferromagnetischen Metallkontakten (FMs) hämmern, die von der Qualität der Grenzflächen abhängig sind, um die wahren und hohen Magnetowiderstandswerte (MR) zu erreichen [9, 22, 23]. Es sind jedoch weitere Fortschritte und die Herstellung einer endgültigen Begrenzung der Größe der Bauelemente erforderlich, um die Oxidbarriere, die Grenzflächen, den Materialaustausch (Abstandshalter) und die Leistung spinpolarisierter Elektroden zu kontrollieren.

Um diese Einschränkungen zu überwinden, nutzten wir 2D-Materialien und ihre Heterostacks, um leistungsfähige, ultrareine vertikale SVJs von drei verschiedenen Zwischenschichtübergängen zwischen Co- und NiFe-Elektroden zu demonstrieren. Wir beobachteten klare Spinsignale von Bilayer-Graphen (BLG), SL-MoSe₂ , und BLG/SL-MoSe₂ , zeigt MR bis Raumtemperatur an. Hier haben wir die Spin-Valve-Übergänge in zwei Typen eingeteilt. Im ersten Typ (Einzel-/Einzelmaterialien; entweder BLG oder SL-MoSe₂ ) von Spin-Valve-Übergängen, Co/BLG/NiFe, untersuchten wir die positiven und negativen Spinsignale vor und nach dem Tempern, aber in anderen Co/SL-MoSe₂ /NiFe-Geräten blieb das Spinsignal positiv mit einer leichten Verbesserung der MR-Werte. Interessanterweise im zweiten Typ (Heterostapel; BLG/SL-MoSe₂ ) von Spin-Valve-Junctions, Co/BLG/SL-MoSe₂ /NiFe, war der MR sogar vor und nach dem Glühprozess positiv. Darüber hinaus in NiFe/BLG/SL-MoSe₂ /Co-Geräten wurde vor dem Tempern ein positiver MR beobachtet, aber die Spinpolarisation des Elektrons kehrte sich mit deutlich erhöhten MR-Werten nach dem Tempern um.

Um überlegene SVJs zu untersuchen, sollten dekontaminierte und rückstandsfreie Grenzflächen für einen nichtmagnetischen Dünnfilm (Abstandshalter) verwendet werden, der zwischen den FM-Elektroden angeordnet ist. Eine ultrareine Grenzfläche von BLG/FMs wird durch das Aufdampfen von FMs (ohne Photo- und Elektronenstrahllithographie) erreicht, um den Oxidationsprozess zu umgehen.

Experimentelle Methoden

Geräteherstellung

Das abgeblätterte BLG wird durch ein dickes SiN-Fenster auf ein kreisförmiges Loch mit einem Durchmesser von ~2 μm übertragen. Der suspendierte BLG-Film wurde in einem Ofenrohr in einer Argon- und Wasserstoffgasumgebung bei 350 °C für 4 Stunden getempert, um die Rückstände von beiden Seiten des suspendierten Teils von BLG zu zersetzen. Vor dem Abscheiden der FM-Metalle bestrahlten wir unsere Geräte von beiden Seiten unter einem DUV-Licht in einer Vakuumumgebung für 15  Minuten, um das BLG weiter zu reinigen. Als nächstes wurden zuerst Co (~ 20 nm mit einer Verdampfungsrate =0.6 Å/s) und Au (~ 5 nm) Metalle auf der Oberseite des suspendierten Graphens abgeschieden. Anschließend wurden NiFe (~ 100 nm mit einer Verdampfungsrate =0.8 Å/s) und Au (~ 200 nm) von der Unterseite der Probe abgeschieden. Außerdem wurde BLG auf SL-MoSe₂ übertragen, um Heterostack zu erstellen um ein BLG/SL-MoSe₂ herzustellen Gerät, das in einem Ofenrohr in Argon (Ar) und Wasserstoff (H₂ .) geglüht wurde ) Gasumgebung bei 250 °C für 4 h, um die Rückstände von beiden Seiten der suspendierten Verbindung zu zersetzen. Für SL-MoSe₂ und BLG/SL-MoSe₂ Auf der Ober- bzw. Unterseite wurden Co/Au (35/10 nm) und NiFe/Au (150/200 nm) abgeschieden. Dann wurden die Bauelemente in Ar und H₂ . getempert Gasmischung bei 250°C für 15 h, um die Qualität der Verbindung und ihre Kompaktheit zu verbessern. Details zum Lochbohrprozess finden Sie in den Zusatzinformationshinweisen (1-2).

Gerätecharakterisierung

Zur Charakterisierung der Raman-Spektren wurden ein Raman-Mikrospektrometer von Renishaw und eine Laserwellenlänge von 514  nm verwendet. Vier-Sonden-Transportmessungen basierend auf vertikalen Spin-Valve-Übergängen wurden unter Verwendung einer AC-Lock-In-Verstärkertechnik durchgeführt. Der treibende Wechselstrom wurde für temperaturabhängige Spin-Magnetotransportmessungen auf 10 μA festgelegt und später auf 50 μA erhöht, um den Effekt der Stromabhängigkeit bei konstanter Temperatur (T =4 K). Die Geräte wurden für Niedertemperaturmessungen mit flüssigem Helium gekühlt und die Temperatur wurde durch Lake Shore 331 kontrolliert. Die Strom-Spannungs-Messung wurde mit einem Piko-Amperemeter (Keithley 6485) und einem Nanovoltmeter (2182 A) durchgeführt.

Ergebnisse und Diskussion

Spin-Valve-Kreuzungen der BLG

In unseren Ergebnissen liegt BLG bei der vertikalen SVJ zwischen Co- und NiFe-Elektroden; sein Schema ist in Fig. 1a gezeigt. In Abbildung S1a bestätigt das Raman-Spektrum der suspendierten Region BLG als G, und 2D-Peaks wurden in der Nähe von ~ 1585.5 und ~ 2710 cm ⁻¹ . gefunden , was mit einem früheren Bericht übereinstimmt [24]. Darüber hinaus ist in Abbildung S1b nach der FM-Abscheidung die Rasterelektronenmikroskopie(REM)-Aufnahme der Oberseite gezeigt. Danach temperaturabhängig I-V Es wurden Charakteristika erhalten, wie in Abb. 1b (Einschub) gezeigt, wo wertvolle Informationen über das Leitungsverhalten des SVJ gezeigt wurden. Abbildung 1b (Einschub) zeigt die linearen Kurven für FM/BLG/FM, ein Hinweis auf einen ohmschen Kontakt, der mit einem früheren Bericht übereinstimmt [25]. Die Änderung von R vs. B (in der Ebene) bei verschiedenen Temperaturen wurde beobachtet, wie in 1b gezeigt. Die beiden Elektroden wurden magnetisch getrennt und bei Raumtemperatur unabhängig geschaltet, wobei MR definiert ist als MR (%) =[(R _AP − R _P )/R _P ] × 100 (%). Hier, R _AP entspricht dem Widerstand, wenn die Magnetisierungen der FM-Schichten antiparallel ausgerichtet sind und R _P ist der Widerstand, wenn die Magnetisierungen der FM-Schichten parallel ausgerichtet sind. Da wir die Bauelemente vor dem Tempern gemessen und einen positiven Magnetowiderstand für BLG SVJ gefunden haben, der Zustände mit niedrigem und hohem Widerstand aufgrund paralleler bzw. antiparalleler Ausrichtung der Magnetisierungen der FM-Materialien darstellt. Abbildung 1b zeigt die MR-Kurven bei verschiedenen Temperaturen durch Festlegen des konstanten Stromwertes (I =10 μA). Es wurde festgestellt, dass die MR-Werte von BLG vor dem Ausheilen monoton von ~ 0,75, ~ 0,88, ~ 0,95, ~ 1,12 und ~ 1,26 % bei T . anstiegen =300, 200, 100, 50 bzw. 4 K, wie in Fig. 1c gezeigt. Diese Ergebnisse sind jedoch konsistent und vergleichsweise besser als frühere Berichte [26,27,28]. Bei niedriger Temperatur wurde ein höherer Magnetowiderstand beobachtet, was ein typisches Verhalten von magnetischen Tunnelkontakten (MTJs) ist, die auf die Anregung von Spinwellen in FM-Materialien zurückgeführt werden [29]. Daher ändert der BLG SVJ nach dem Tempern sein Vorzeichen aufgrund des Dotierungseffekts von Co und NiFe sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite des BLG, wie in 1c (Einschub) gezeigt. Wichtig ist, dass die MR nach dem Annealing auf ~ − 0.84, ~ − 0.98, ~ − 1.19, ~ − 1.35 und ~ − 1.49% bei T . erhöht wird =300, 200, 100, 50 bzw. 4 K, wie in Fig. 1c gezeigt. Somit ist die Spinpolarisation umgekehrt und deutet auf einen negativen MR hin, der auf Ladungstransfer und umgebungsinduzierte Bandaufspaltung in BLG zurückgeführt wird, wie in Abb. 1d gezeigt [28].

a Schema der Geräteherstellung, bei der ferromagnetische Co- und NiFe-Metalle auf der Ober- bzw. Unterseite abgeschieden wurden. b Die Änderung der R-gegen-B-Spuren vor dem Annealing bei verschiedenen Temperaturen (mit I =10 μA). (Einschub) Strom-Spannungs-Kennlinien des BLG bei unterschiedlichen Temperaturen sind linear und weisen auf einen ohmschen Kontakt hin. c Temperaturabhängige MR-Werte des BLG vor und nach dem Glühen bei festem Wechselstrom. (Einschub) Der MR vs. B des Co/BLG/NiFe-Übergangs nach dem Tempern bei T =4 K. d Schematische Darstellung der spinabhängigen Zustandsdichte für BLG. Bandaufspaltung ergibt einen Unterschied der Spin-Up- und Spin-Down-Träger bei E _F . Die dicke gestrichelte rote Linie in der Mitte zeigt die Entkopplung von van der Waals-gebundenen BLG

Durch das Tempern wird der Übergang kompakt und der Abstand zwischen den Schichten und der Übergangswiderstand werden verringert (Abbildung S3c). andernfalls könnten vor dem Tempern einige Angström (Å) Lücken vorhanden sein, die als Isolatoren wirken, den Dotierungsmechanismus behindern und den Proximity-induzierten Bandaufspaltungseffekt umgehen, wie in einem früheren Bericht berichtet [28]. Darüber hinaus sind Spin-up-Elektronen auf Fermi-Niveau in n-dotiertem Graphen in der Mehrzahl, während Spin-down-Elektronen in p-dotiertem Graphen die Mehrzahl bilden, was einen negativen MR erzeugt. Um den Dotierungseffekt von Co und NiFe zu bestätigen, stellten wir außerdem die Feldeffekttransistoren aus reinem BLG, Co-dotiertem BLG und NiFe-dotiertem BLG her, wie in Abbildung S3(a,b) gezeigt. Wir haben Ni₈₉ . verwendet Fe₁₁ , daher kann Ni leicht den p-Typ dotieren, wie zuvor berichtet [30, 31]. Die Dirac-Messungen zeigen, dass der Ladungsneutralitätspunkt (CNP) von reinem BLG bei + 4 V liegt. Nach der Dotierung von BLG mit Co und NiFe verschiebt sich der CNP auf + 17 bzw. − 11 V, was die Modulation des Fermi-Niveaus bestätigt von BLG, wie in Abbildung S3b gezeigt.

Spin-Valve-Verbindung von SL-MoSe₂

Darüber hinaus ist das optische Bild von SL-MoSe₂ auf das SiN-Membranloch übertragen ist in Abb. 2a dargestellt. Die Höhe des abgeblätterten MoSe₂ Flocken, gemessen durch Rasterkraftmikroskopie (AFM), und das Höhenprofil deuten auf eine Dicke von ~ 0.7 nm hin, wie in Abbildung S2a-b gezeigt. In einschichtigem, exfoliertem MoSe₂ , die A_1g (außerhalb der Ebene) Raman-Modus wird auf ~ 240,6 cm ⁻¹ . abgeschwächt und die E ¹ _2g (in-plane)-Modus versteift sich auf ~ 286,4 cm ⁻¹ , wie in Abbildung S2c gezeigt, die mit den vorherigen Berichten übereinstimmt [32]. Der Übergangswiderstand von Co/SL-MoSe₂ /NiFe-Spin-Valve-Übergang ist in Abb. 2b gezeigt, der mit abnehmender Temperatur abnahm. Im linearen I-V Kurven bei unterschiedlichen Temperaturen, Einschub von Abb. 2b zeigt auch einen ohmschen Kontakt zwischen dem SL-MoSe₂ und die FM-Elektroden. Das lineare I-V Eigenschaften legen nahe, dass die Monoschicht MoSe₂ wirkt eher als leitender Dünnfilm denn als Tunnelbarriere zwischen den Elektroden. In Abb. 2c sind die MR-Schleifen von Co/SL-MoSe₂ /NiFe wurde bei verschiedenen Temperaturen gezeigt, indem ein konstanter Strom (I =10 μA), was ein positives Spinsignal erzeugt. Das Schema von SL-MoSe₂ SVJ ist in Fig. 2d eingefügt gezeigt. Die temperaturabhängigen MR-Werte für das Co/SL-MoSe₂ /NiFe-Übergang sind in Abb. 2d gezeigt, wo beobachtet wird, dass der MR mit steigender Temperatur abnimmt.

a Optisches Bild von SL-MoSe₂ oben auf dem Loch abblättern. b Übergangswiderstand von SL-MoSe₂ bei unterschiedlichen Temperaturen. (Einschub) Temperaturabhängig I -V Kurven von vertikalem Co/SL-MoSe₂ /NiFe SVJ zeigt einen metallischen Übergang. c Die Variation von R vs. B bei T =300, 200, 100, 50 und 4 K vor dem Tempern. d Das temperaturabhängige MR-Verhältnis von Co/SL-MoSe₂ /NiFe vor und nach dem Glühen bei Feststrom. (Einschub) Die schematische Darstellung des Gerätes mit SL-MoSe₂

In dieser Kreuzung sind die MR-Magnituden bei I =10 μA werden zu ~ 0,37, ~ 0,56, ~ 0,76, ~ 1,2 und ~ 1,51% bei T . bestimmt =300, 200, 100, 50 bzw. 4 K. Darüber hinaus sind bei einem festen Wechselstrom die MR-Werte von Co/SL-MoSe₂ /NiFe-Übergang wurde nach dem Tempern der Bauelemente leicht verbessert und erreichte bis zu ~ 0,41, ~ 0,6, ~ 0,79, ~ 1,4 und ~ 1,56% bei T =300, 200, 100, 50 bzw. 4 K, wie in Fig. 2d gezeigt. Somit könnte die Verbesserung der MR auf die Verbesserung der Übergangsqualität zurückgeführt werden, wie in Abbildung S3c gezeigt, wo der Übergangswiderstand aller Bauelemente nach dem Tempern deutlich abnahm. Wichtig ist, dass die Polarität dieser SL-MoSe₂ Übergänge blieben gleich, da Co und NiFe SL-MoSe₂ . nicht dotierten genug, um sein Fermi-Niveau vom Leitungsband zum Valenzband oder umgekehrt zu verschieben. Deshalb MoSe₂ demonstrierte eine stabile positive Spinpolarisation an beiden Grenzflächen.

Spin-Valve-Verbindung von BLG/SL-MoSe₂ Heterostack

Der Heterostack von atomar dünnen 2D-Materialien wurde aufgrund seiner ausgeprägten spinpolarisierten Transporteigenschaften untersucht. Außerdem das optische Bild von BLG/SL-MoSe₂ Heterostack auf dem SiN-Loch ist in Fig. 3a gezeigt. Der temperaturabhängige Übergangswiderstand ist in Fig. 3b (oberer Einschub) dargestellt, wobei der Widerstand mit abnehmender Temperatur abnimmt, was auf einen metallischen Übergang hinweist. Zur weiteren Bestätigung des metallischen Verhaltens untersuchten wir die Vier-Sonden-Geometrie I-V charakteristisch bei T =4 K, gezeigt in Abb. 3b (unterer Einschub). Die Co/BLG/SL-MoSe₂ /NiFe-Übergang zeigt ein lineares I-V Kurve aufgrund eines ohmschen Kontakts. Abb. 3b zeigt vor dem Tempern die positiven MR-Kurven, die die positive Spinpolarisation in Co/BLG/SL-MoSe₂ . demonstrieren /NiFe. Nach dem Tempern blieb das MR-Zeichen jedoch positiv (Abb. 3d, Einschub) und die Werte stiegen von ~ 0,42, ~ 0,63, ~ 0,85, ~ 1,26 und ~ 1,71 % (Abb. 3d; vor dem Tempern) auf ~ 0,49, ~ 1.13, ~ 1.65, ~ 1.81 und ~ 1.86% (Abb. 3d; nach dem Tempern) bei T =300, 200, 100, 50 bzw. 4 K, wie in Fig. 3d gezeigt. Hohe MR-Werte bei tiefen Temperaturen sind ein typisches Verhalten der Spin-Valve-Übergänge [33, 34]. Der positive MR im Co/BLG/SL-MoSe₂ /NiFe-Geräte werden ähnlichen positiven Spinpolarisationen beider Grenzflächen zugeschrieben:Co/BLG und SL-MoSe₂ /NiFe. In unseren Ergebnissen klären wir die positive Spinpolarisation in SL-MoSe₂ (Abb. 2c), während beim Co/BLG/NiFe-Spinventilübergang die Co/BLG-Grenzfläche auch die positive Spinpolarisation verursacht. Somit ist die Nettopolarisation von Co/BLG/SL-MoSe₂ /NiFe-Spin-Valve-Übergänge positiv ist, was schematisch in Abb. 3c erläutert wird.

a Optisches Mikroskopbild von BLG/SL-MoSe₂ an einem Loch. b Die temperaturabhängigen MR-Schleifen von Co/BLG/SL-MoSe₂ /NiFe-Übergang bei Feststrom (I =10 μΑ). (oberer Einschub) Der temperaturabhängige Sperrschichtwiderstand von Co/BLG/SL-MoSe₂ /NiFe. (Bottom-Inset) Das lineare I-V Kurve von Co/BLG/SL-MoSe₂ /NiFe-Gerät bei T =4 K. c Schematische Darstellung der spinabhängigen Zustandsdichte für BLG und SL-MoSe₂ Heterostacks. Nach dem Tempern der Bauelemente werden die Fermi-Niveaus von BLG neben dem Co oder NiFe aufgrund der n-Typ- oder p-Typ-Dotierung verschoben. d Vor und nach dem Tempern die MR-Größen als Funktion der Temperatur für die Struktur von Co/BLG/SL-MoSe₂ /NiFe. (Einschub) Nach dem Annealing die temperaturabhängige MR-Schleife des Co/BLG/SL-MoSe₂ /NiFe-Übergang bei einem festen Strom, I =10 μΑ

Um die Rolle der Co- und NiFe-Dotierung mit BLG aufzuklären, haben wir außerdem einen weiteren Satz von Heterostack-Bauelementen hergestellt, NiFe/BLG/MoSe₂ /Co. Vor dem Tempern haben wir die MR-Schleifen gemessen, die den positiven Magnetowiderstand beschrieben, wie in Abb. 4a gezeigt. Wichtig ist, dass nach dem Glühen die Polarität von NiFe/BLG/MoSe₂ /Co-Übergang umgekehrt, wie in Abb. 4b gezeigt. Die negative Polarisation wird der Lochdotierung an der NiFe/BLG-Grenzfläche und der durch die Nähe induzierten Bandaufspaltung in BLG zugeschrieben, die den Großteil der Spin-Down-Elektronen induziert [28]. Die temperaturabhängigen MR-Werte von NiFe/BLG/MoSe₂ /Co SVJs wurden berechnet (~ 0,12, ~ 0,24, ~ 0,48, ~ 0,86 und ~ 1,2 % bei T =300, 200, 100, 50 und 4 K, vor dem Tempern und ~ -0,56, ~ -0,75, ~ -0,98, ~ -1,42 und ~ -1,99% bei T =300, 200, 100, 50 und 4 K, nach dem Glühen) wie in Fig. 4c gezeigt. Es ist bemerkenswert, dass nach dem Tempern die MR-Werte aufgrund des verringerten Widerstands, der Lücken zwischen den Schichten und des verbesserten Dotierungsphänomens in BLG durch NiFe anstiegen. Vor und nach dem Tempern der Nettopolarisation von NiFe/BLG/SL-MoSe₂ /Co SVJ ist positiv bzw. negativ, was in Fig. 3c schematisch dargestellt ist. Darüber hinaus werden nach dem Tempern des stromabhängigen MR Verhältnisse von NiFe/BLG/MoSe₂ /Co SVJ wurden wie in Fig. 4d gezeigt berechnet. Daher wurde festgestellt, dass mit zunehmendem Wechselstrom von I =10 μA bis I =50 μA, der MR-Wert sank von ~ − 2,0 auf ~ − 1,71 %. Diese Reduzierung der MR ist konventionell und auf die an den Grenzflächen lokalisierten Spinanregungen und die lokalen Fallenzustände in nichtmagnetischen Spacern zurückzuführen [13, 15, 35, 36]. An diesem Ende haben wir ein Diagramm erstellt, das die MR-Werte (%) unserer Geräte aller Art während dieses Projekts darstellt und einen konsistenten und wiederholbaren Trend zeigt, wie in Abbildung S4 gezeigt.

a Vor dem Glühen werden die MR-Spuren als Funktion des Magnetfelds bei T =300, 4 K und I =10 μA. b Nach dem Tempern zeigen die MR-Spuren gegen das Magnetfeld B bei verschiedenen Temperaturen. c Vor und nach dem Annealing die MR-Werte bei T =300, 200, 100, 50 und 4 K. d Die MR-Größen von NiFe/BLG/SL-MoSe₂ /Co bei unterschiedlichen Stromwerten

Die Dotierung aufgrund der FM-Kontakte [37] und die Bandaufspaltung aufgrund des Proximity-Effekts bewirken jedoch einen Unterschied in der Besetzung der Spin-up- und Spin-down-Elektronen in Graphen [38, 39]. Beim Tempern sorgen die Konformation und der verbesserte Kontakt zwischen den FM-Kontakten und dem benachbarten Doppelschicht-Graphen für eine effektive Entkopplung von Graphenschichten innerhalb eines Van-der-Waals-gebundenen Kristalls mit wenigen Schichten, wie in den verdrillten Graphen-Doppelschichten berichtet, die zwei elektronisch entkoppelte dünnere Graphene bilden [40 ]. Danach werden diese beiden deutlich dotierten und benachbarten Graphenschichten zu spinpolarisierten Elektroden, die die Polarität des Magnetowiderstands bestimmen.

Grundsätzlich weisen Co- und NiFe-FMs eine n- bzw. p-Dotierung in BLG auf. In Kombination mit Co/BLG wird das Fermi-Niveau von BLG aufgrund der n-Dotierung in das Leitungsband verschoben. Wenn das Fermi-Niveau von BLG im Leitungsband liegt, nimmt die Dichte oder Besetzung der Spin-up-Elektronen im Vergleich zu den Spin-down-Elektronen aufgrund der umgebungsinduzierten Bandaufspaltung von Graphen zu, was letztendlich eine positive Spinpolarisation darstellt. Im NiFe/BLG-Stapel hingegen verschiebt sich das Fermi-Niveau von BLG ins Valenzband und die durch die Nähe induzierte Bandaufspaltung fördert die Dichte des Spin-Down-Elektrons, was schließlich eine negative Spinpolarisation zeigt. Bemerkenswerterweise tritt in unseren Experimenten der Proximity-induzierte Effekt in BLG nur dann hervor, wenn die Bauelemente nach der Metallisierung der FMs getempert werden, wie ähnlich in Lit. beobachtet. [28]. Zunächst interessierte uns das Fermi-Niveau von SL-MoSe₂ die sich möglicherweise aufgrund des nahen Kontakts von Co oder NiFe nach dem Glühprozess bewegen können. Aber überraschenderweise blieb es aufgrund des geringen Dotierungseffekts auf MoSe₂ . konstant . Es zeigte stabile positive Spinpolarisationen bei SL-MoSe₂ /NiFe und SL-MoSe₂ /Co-Schnittstellen, aufgrund derer wir das Vorzeichen von MR leicht modulieren können, indem wir entweder NiFe oder Co mit BLG in Co/BLG/SL-MoSe₂ selection auswählen /NiFe oder NiFe/BLG/SL-MoSe₂ /Co-Kreuzungen. Außerdem haben wir festgestellt, dass in Lit. [28] wird nach dem Tempern in der BLG-Spin-Valve-Verbindung ein Maximum von 1% MR beobachtet. Andererseits haben wir in unserer Arbeit nach dem Tempern einen MR von ~ 1,86 % (86% größer als der von Lit. [28]) in Co/BLG/SL-MoSe₂ . gefunden /NiFe und ~ 1,99% (99% größer als in Lit. [28]) in NiFe/BLG/SL-MoSe₂ /Co-Geräte. Seitdem sind wir zu dem Schluss gekommen, dass die Manifestation von BLG/SL-MoSe₂ Junction bietet im Vergleich zu nur BLG oder SL-MoSe₂ . hohe MR-Werte , daher kann die grundlegende Funktionalität der Bauelementeherstellung dazu beitragen, in Zukunft einen neuen Weg für Logik- und Speicher-Spintronikanwendungen zu eröffnen.

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend haben wir dekontaminierte SVJs von Co/BLG/NiFe, Co/SL-MoSe₂ . aufgedeckt /NiFe, Co/BLG/SL-MoSe₂ /NiFe und NiFe/BLG/SL-MoSe₂ /Co. Die Strom-Spannungs-Kennlinie aller SVJs zeigte eine lineare Beziehung, die den metallischen Übergang bestätigte und sich wie ein leitender Film verhält. Wir untersuchten die positiven und negativen MR-Signale in Co/BLG/NiFe vor bzw. nach dem Tempern. Denn nach dem Tempern kehrt der Proximity-induzierte Effekt die Polarität von BLG-SVJs um. Obwohl im Co/SL-MoSe₂ /NiFe haben sich die MR-Werte leicht verbessert, aber im Gegensatz zu BLG blieb seine Polarität vor und nach dem Tempern gleich (positiv), da SL-MoSe₂ hat eine vernachlässigbare Dopingwirkung von FMs. Außerdem, wie SL-MoSe₂ die Heterostack-SVJs von Co/BLG/SL-MoSe₂ /NiFe zeigte eine positive Polarität vor und nach dem Glühprozess, aber seine MR-Werte sind nach dem Glühen deutlich erhöht. Zusätzlich NiFe/BLG/MoSe₂ /Co-SVJs zeigten vor dem Tempern einen positiven MR, aber nach dem Tempern wird die Polarität aufgrund der durch die Nähe induzierten Bandaufspaltung von BLG gekoppelt mit NiFe mit verbesserten MR-Werten umgekehrt. Darüber hinaus beobachteten wir die stromabhängigen MR-Größen, die bei großen Stromwerten abnehmen und dem Beitrag von Grenzflächenzuständen bei hohen Vorspannungen zugeschrieben werden. Daher im Vergleich zu BLG und SL-MoSe₂ , die BLG/SL-MoSe₂ Heterostack zeigt höhere MR- und Spinpolarisationen, wodurch ein besseres Spinfilterungsphänomen an den Grenzflächen vorgeschlagen wird. Anschließend in BLG/SL-MoSe₂ Geräten ist die Polarität nicht nur umgekehrt, sondern demonstriert auch den effizienten Spinfilterungsmechanismus an FM-Schnittstellen. Diese Untersuchungen an 2D-Halbleitermaterialien und ihren Heterostacks können wertvolle komplementäre Informationen in spintronischen Logikbauelementen untersuchen.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Die Autoren haben keine Daten zu teilen, da alle Daten bereits im eingereichten Manuskript enthalten sind.

Abkürzungen

TMDs:

Übergangsmetalldichalkogenide

2D:

Zweidimensional

MR:

Magnetowiderstand

BLG:

Zweischichtiges Graphen

SL-MoSe₂ :

Einschichtiges MoSe₂

CNP:

Ladungsneutralitätspunkt

AFM:

Rasterkraftmikroskopie