Einstellung der Magnetowiderstand-Polarität in Bilayer-Graphen/Monolayer-MoSe₂-Heterostrukturen

Zusammenfassung

Zweidimensionale (2D) geschichtete Materialien besitzen atomar dünne und flache Natur, was sie zu ultimativen Kandidaten für spintronische Bauelemente macht. Spinventil-Junctions (SVJs), zusammengesetzt aus 2D-Materialien, wurden als einzigartige Merkmale von Spinentransport-Polarisation erkannt. Allerdings werden Magnetotransporteigenschaften von SVJs stark durch Art der Zwischenschicht (Spacer) beeinflusst, die zwischen ferromagnetischen Materialien (FMs) eingefügt wird. In dieser Situation spielt der Spin-Filter-Effekt an den Grenzflächen kritische Rolle bei Beobachtung des Magnetowiderstands (MR) solcher magnetischer Strukturen, welcher durch vielversprechende Hybridstrukturen verbessert werden kann. Hier berichten wir über MR von Bilayer-Graphen (BLG), Einlagigem MoSe₂ (SL-MoSe₂) und BLG/SL-MoSe₂ Heterostack-SVJs. Vor Glühen zeigen BLG- und SL-MoSe₂-SVJs positiven MR, nach Glühen kehrt BLG seine Polarität um, während SL-MoSe₂ seine Polarität beibehält und stabile positive Spinpolarisationen an beiden Grenzflächen aufgrund geringen Dotierungseffekts ferromagnetischer (FM) Kontakte demonstriert. Weiter bestimmt Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe positiven MR, ~1,71 % und ~1,86 % bei T = 4 K vor und nach Glühen. Im Gegensatz dazu zeigten NiFe/BLG/SL-MoSe₂/Co SVJs positiven MR vor Glühen und kehrten anschließend MR-Vorzeichen nach Glühen um aufgrund von Proximitätseffekt induzierter Metalle-Dotierung mit Graphen. Erhaltene Ergebnisse sind nützlich zum Verständnis des Ursprungs der Polarität und Auswahl nicht-magnetischer Materialien (Spacer) für Magnetotransporteigenschaften. Damit etabliert diese Studie ein neues Paradigma für neuartige spintronische Anwendungen.

Einleitung

Übergangsmetall-Dichalkogenide (TMDs) und Graphen sind hervorragende 2D-Materialien für elektronische, photovoltaische und spintronische Bauelemente [1,2,3,4,5]. In Spintronik ist SVJ vielversprechendes physikalisches Phänomen und ermöglicht nicht-flüchtigen Datenspeicher mit ferromagnetischen Speicherelementen als Spinpolarisator oder -analysator. Es realisierte neue Ära magnetischer Random-Access-Memory, magnetischer Sensoren und grundlegender Logikanwendungen als Informationsvektor [6,7,8]. In jüngsten Jahren fanden Graphen und 2D-Übergangsmetall-Dichalkogenide (2D-TMDs) breite neuartige spintronische Anwendungen [9,10,11,12,13,14,15,16]. Sie wurden weit genutzt zur Bestimmung hohen Magnetowiderstands von 2D-Materialien aufgrund ihrer Spin-Kohärenz und hohem Spin-Orbit-Kopplung [16, 17]. Unter allen TMDs ist Einlagiges MoSe₂ (SL-MoSe₂) in Spintronik weniger erforscht, trotz geringer Spin-Aufspaltung (188 meV) und Bandlücke (1,5 eV) im Vergleich zu WS₂ und WSe₂ in Dünnschicht-Nanosheets [18, 19]. Integration SVJs basierend auf 2D-Materialien erbt Probleme wie Oxidationsbeständigkeit, was neue Entwicklungen in Bauelementfertigung provoziert [20,21,22]. Weiter waren Hybride oder Heterostrukturen 2D geschichteter Halbleitermaterialien und Graphen in magnetischen Tunneljunctions unerforscht. Sie würden möglicherweise explizite Spineigenschaften und komplementäre Information in spinpolarisierten Bauelementen haben. Mehrere Probleme des Nasstransfers in konventionellen SVJs sind jene, die adverse Oxidation ferromagnetischer Metall (FM) Kontakte begünstigen, die auf Qualität der Grenzflächen angewiesen sind, um wahre und hohe Magnetowiderstand (MR) Werte zu erzielen [9, 22, 23]. Allerdings sind weiterer Fortschritt und Fertigung ultimativer Grenzen in Bauelementgröße erforderlich, um Oxidbarriere, Grenzflächen, Materialsubstitution (Spacer) und Performance spinpolarisierter Elektroden zu kontrollieren.

Um diese Limitationen zu überwinden, nutzten wir 2D-Materialien und ihre Heterostacks, um profunde, ultra-saubere vertikale SVJs dreier verschiedener Zwischenschichtjunctions zwischen Co- und NiFe-Elektroden zu demonstrieren. Wir beobachteten klare Spin-Signale von Bilayer-Graphen (BLG), SL-MoSe₂ und BLG/SL-MoSe₂, zeigend MR bis Raumtemperatur. Hier kategorisierten wir Spinventil-Junctions in zwei Typen. Im ersten Typ (einzelne Materialien; entweder BLG oder SL-MoSe₂) von Spinventil-Junctions, Co/BLG/NiFe, untersuchten wir positive und negative Spin-Signale vor und nach Glühen, aber in anderen Co/SL-MoSe₂/NiFe Bauelementen blieb Spin-Signal positiv mit leichter Verbesserung der MR-Werte. Interessanterweise im zweiten Typ (Heterostack; BLG/SL-MoSe₂) von Spinventil-Junctions, Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe, wurde MR positiv sowohl vor als auch nach Glühprozess gefunden. Zudem zeigten NiFe/BLG/SL-MoSe₂/Co Bauelemente positiven MR vor Glühen, aber Spinpolarisation der Elektronen kehrte mit signifikant erhöhten MR-Werten nach Glühen um.

Um überlegene SVJs zu erforschen, sollten dekontaminierte und residuenfreie Grenzflächen für nicht-magnetischen Dünnfilm (Spacer) zwischen FM-Elektroden eingesetzt werden. Ultra-saubere BLG/FM-Grenzfläche wird durch Verdampfen von FMs (ohne Photo- und Elektronenstrahl-Lithografie) erreicht, um Oxidationsprozess zu umgehen.

Experimentelle Methoden

Bauelementfertigung

Exfoliiertes BLG wird auf ~2-µm-Durchmesser kreisförmiges Loch durch dickes SiN-Fenster transferiert. Suspendierter BLG-Film wurde in Ofenröhre in Argon- und Wasserstoffgasatmosphäre bei 350 °C für 4 h geglüht, um Rückstände von beiden Seiten des suspendierten Teils von BLG zu entfernen. Vor Abscheidung der FM-Metalle bestrahlten wir Bauelemente von beiden Seiten unter DUV-Licht in Vakuumumgebung für 15 min zur weiteren Reinigung des BLG. Anschließend wurden Co (~20 nm, Verdampfungsrate = 0,6 Å/s) und Au (~5 nm) Metalle zuerst auf Oberseite des suspendierten Graphens aufgedampft. Anschließend NiFe (~100 nm, Verdampfungsrate = 0,8 Å/s) und Au (~200 nm) von Unterseite des Samples aufgedampft. Weiter, um Heterostack BLG auf SL-MoSe₂ zu transferieren und BLG/SL-MoSe₂ Bauelement zu fertigen, wurde dieser in Ofenröhre in Argon (Ar) und Wasserstoff (H₂) Gasatmosphäre bei 250 °C für 4 h geglüht, um Rückstände von beiden Seiten des suspendierten Junctions zu entfernen. Für SL-MoSe₂ und BLG/SL-MoSe₂ Bauelemente wurden Co/Au (35/10 nm) und NiFe/Au (150/200 nm) auf Ober- und Unterseite aufgedampft. Dann wurden Bauelemente in Ar- und H₂-Gasgemisch bei 250 °C für 15 h geglüht, um Junction-Qualität und Kompaktheit zu verbessern. Details Lochbohrprozess siehe Supplementary Information Notes (1-2).

Bauelementcharakterisierung

Renishaw Raman-Mikrospektrometer und Laserwellenlänge 514 nm wurden zur Charakterisierung Ramanspektren verwendet. Vier-Sonden-Transportmessungen basierend auf vertikalen Spinventil-Junctions wurden mit AC-Lock-In-Verstärkertechnik durchgeführt. Treibender AC-Strom fest bei 10 µA für temperaturabhängige Spin-Magnetotransportmessungen, später erhöht bis 50 µA zum Studium Stromeinfluss bei konstanter Temperatur (T = 4 K). Bauelemente wurden mit flüssigem Helium für Tieftemperaturmessungen gekühlt, Temperatur gesteuert durch Lake Shore 331. Strom-Spannungs-Messung erfolgte mit Pikoamperemeter (Keithley 6485) und Nanovoltmeter (2182A).

Ergebnisse und Diskussion

Spinventil-Junctions von BLG

In unseren Ergebnissen ist in vertikaler SVJ BLG zwischen Co- und NiFe-Elektroden eingeschlossen; Schematik in Abb. 1a. Aus Abb. S1a bestätigt Ramanspektrum suspendierten Bereichs BLG als G- und 2D-Peaks bei ~1585,5 und ~2710 cm⁻¹, konsistent mit früherem Bericht [24]. Zusätzlich nach FM-Abscheidungen zeigt Rasterelektronenmikroskopie (SEM) Bild der Oberseite in Abb. S1b. Danach wurden temperaturabhängige I-V Charakteristiken erhalten, wie in Abb. 1b (Inset) gezeigt, worin wertvolle Info über Leitverhalten SVJ demonstriert wurde. Abb. 1b (Inset) zeigt lineare Kurven für FM/BLG/FM, Anzeige ohmschen Kontakts, konsistent mit früherem Bericht [25]. Änderung in R vs B (in-plane) bei verschiedenen Temperaturen beobachtet wie in Abb. 1b. Zwei Elektroden waren magnetisch separiert und schalteten unabhängig bei Raumtemperatur, wo MR definiert als MR (%) = [(R_AP − R_P)/R_P] × 100 (%). Hier entspricht R_AP Widerstand bei antiparalleler Ausrichtung der Magnetisierungen der FM-Lagen, R_P Widerstand bei paralleler Ausrichtung. Vor Glühen maßen wir Bauelemente und fanden positiven Magnetowiderstand für BLG SVJ, repräsentiere Niedrig- und Hochwiderstandszustände durch parallele und antiparallele Ausrichtung der Magnetisierungen der FM-Materialien. Abb. 1b zeigt MR-Traces bei verschiedenen Temperaturen bei festem Stromwert (I = 10 µA). Vor Glühen stiegen MR-Werte von BLG monoton von ~0,75, ~0,88, ~0,95, ~1,12, ~1,26 % bei T = 300, 200, 100, 50, 4 K (Abb. 1c). Diese Ergebnisse sind konsistent und vergleichsweise besser als frühere Berichte [26,27,28]. Höherer Magnetowiderstand bei tiefer Temperatur typisches Verhalten magnetischer Tunneljunctions (MTJs) zugeschrieben Anregung Spinwellen in FM-Materialien [29]. Nach Glühen ändert BLG SVJ sein Vorzeichen aufgrund Dotierungseffekt von Co und NiFe auf beiden oberen und unteren Seiten von BLG (Abb. 1c Inset). Wichtig: Nach Glühen erhöht sich MR auf ~−0,84, ~−0,98, ~−1,19, ~−1,35, ~−1,49 % bei T = 300, 200, 100, 50, 4 K (Abb. 1c). Somit wird Spinpolarisation umgekehrt und negativer MR suggeriert, zugeschrieben Ladungstransfer und proximitätsinduzierter Bandaufspaltung in BLG (Abb. 1d) [28].

Abbildung 1: a Schema Bauelementfertigung: ferromagnetische Co- und NiFe-Metalle auf Ober- und Unterseite aufgedampft. b Änderung R vs B Traces vor Glühen bei verschiedenen Temperaturen (I = 10 µA). (Inset) Strom-Spannungs-Charakteristiken BLG bei verschiedenen Temperaturen linear, ohmscher Kontakt. c Temperaturabhängige MR-Werte BLG vor und nach Glühen bei festem AC-Strom. (Inset) MR vs B Co/BLG/NiFe Junction nach Glühen bei T = 4 K. d Schematische Zeichnung spinabhängiger Zustandsdichten für BLG. Bandaufspaltung gibt Unterschied Spin-up und Spin-down Träger an E_F. Dicke gestrichelte rote Linie in Mitte zeigt Entkopplung van-der-Waals-gebundener BLG.

Durch Glühen wird Junction kompakt, Abstand zwischen Schichten und Junctionwiderstand reduziert (Abb. S3c); andernfalls vor Glühen könnten wenige Ångström (Å) Lücken als Isolatoren wirken, Dotierungsmechanismus hindern und Proximitätseffekt-induzierte Bandaufspaltung umgehen wie in früherem Bericht [28]. Zusätzlich an Fermi-Niveau sind Spin-up-Elektronen Majorität in n-dotiertem Graphen, Spin-down-Elektronen Majorität in p-dotiertem Graphen, was negativen MR erzeugt. Zur Bestätigung Dotierungseffekt von Co und NiFe fertigten wir Feldeffekttransistoren von pristine BLG, Co-dotiertem BLG, NiFe-dotiertem BLG wie in Abb. S3(a,b) gezeigt. Wir verwendeten Ni₈₉Fe₁₁, daher kann Ni leicht p-typ dotieren wie zuvor berichtet [30, 31]. Dirac-Messungen zeigen Ladungsneutralitätspunkt (CNP) von pristine BLG nahe +4 V. Nach Dotierung BLG mit Co und NiFe verschob CNP zu +17 und −11 V, was Modulation Fermi-Niveau BLG bestätigt (Abb. S3b).

Spinventil-Junction von SL-MoSe₂

Optisches Bild SL-MoSe₂ transferiert auf SiN-Membranloch in Abb. 2a. Höhe exfoliierten MoSe₂-Flakes, gemessen per Rasterkraftmikroskopie (AFM), und Höhenprofil suggerieren ~0,7 nm Dicke (Abb. S2a-b). In Einzellagen-exfoliiertem MoSe₂ weicht A_1g (out-of-plane) Raman-Mode zu ~240,6 cm⁻¹ auf, E¹_2g (in-plane) Mode versteift zu ~286,4 cm⁻¹ (Abb. S2c), konsistent mit früheren Berichten [32]. Junctionwiderstand Co/SL-MoSe₂/NiFe Spinventil-Junction in Abb. 2b, verringert mit fallender Temperatur. Linear I-V Kurven bei verschiedenen Temperaturen, Inset Abb. 2b, zeigen ohmschen Kontakt zwischen SL-MoSe₂ und FM-Elektroden. Lineare I-V Charakteristiken suggerieren, dass Monolagen-MoSe₂ als leitender Dünnfilm statt Tunnelbarriere zwischen Elektroden fungiert. In Abb. 2c gezeigt MR-Schleifen Co/SL-MoSe₂/NiFe bei verschiedenen Temperaturen bei konstantem Strom (I = 10 µA), erzeugend positives Spin-Signal. Schema SL-MoSe₂ SVJ in Inset Abb. 2d. Temperaturabhängige MR-Werte Co/SL-MoSe₂/NiFe Junction in Abb. 2d, MR reduziert mit steigender Temperatur.

Abbildung 2: a Optisches Bild SL-MoSe₂ Flake auf Loch. b Junctionwiderstand SL-MoSe₂ bei verschiedenen Temperaturen. (Inset) Temperaturabhängige I-V Kurven vertikaler Co/SL-MoSe₂/NiFe SVJ demonstriert metallischen Junction. c Variation R vs B bei T = 300, 200, 100, 50, 4 K vor Glühen. d Temperaturabhängige MR-Ratio Co/SL-MoSe₂/NiFe vor und nach Glühen bei festem Strom. (Inset) Schematische Illustration Bauelement mit SL-MoSe₂.

In diesem Junction betragen MR-Beträge bei I = 10 µA ~0,37, ~0,56, ~0,76, ~1,2, ~1,51 % bei T = 300, 200, 100, 50, 4 K. Zusätzlich bei festem AC-Strom erhöhten sich MR-Werte Co/SL-MoSe₂/NiFe Junction leicht nach Glühen auf ~0,41, ~0,6, ~0,79, ~1,4, ~1,56 % bei T = 300, 200, 100, 50, 4 K (Abb. 2d). MR-Verbesserung könnte Junction-Qualitätsverbesserung zugeschrieben werden, wie in Abb. S3c angezeigt, wo Junctionwiderstand aller Bauelemente nach Glühen signifikant reduzierte. Wichtig: Polarität dieser SL-MoSe₂ Junctions blieb gleich, da Co und NiFe SL-MoSe₂ nicht genug dotierten, um Fermi-Niveau von Leitungs- in Valenzband oder umgekehrt zu verschieben. Deshalb demonstrierte MoSe₂ stabile positive Spinpolarisation an beiden Grenzflächen.

Spinventil-Junction BLG/SL-MoSe₂ Heterostack

Heterostack atomar dünner 2D-Materialien wurde wegen distinkter spinpolarisierter Transporteigenschaften erforscht. Optisches Bild BLG/SL-MoSe₂ Heterostack auf SiN-Loch in Abb. 3a. Temperaturabhängiger Junctionwiderstand in Abb. 3b (Top-Inset), Widerstand fällt mit fallender Temperatur, indiziert metallischen Junction. Zur weiteren Bestätigung metallischen Verhaltens untersuchten wir Vier-Sonden-Geometrie I-V Charakteristik bei T = 4 K (Abb. 3b Bottom-Inset). Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe Junction zeigt lineare I-V Kurve durch ohmschen Kontakt. Vor Glühen zeigt Abb. 3b positive MR-Traces, demonstrierend positive Spinpolarisation in Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe. Nach Glühen blieb MR-Vorzeichen positiv (Abb. 3d Inset) und Werte stiegen von ~0,42, ~0,63, ~0,85, ~1,26, ~1,71 % (Abb. 3d; vor Glühen) auf ~0,49, ~1,13, ~1,65, ~1,81, ~1,86 % (Abb. 3d; nach Glühen) bei T = 300, 200, 100, 50, 4 K (Abb. 3d). Hohe MR-Werte bei tiefen Temperaturen typisches Verhalten Spinventil-Junctions [33, 34]. Positiver MR in Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe Bauelementen attribuiert ähnlichen positiven Spinpolarisationen beider Grenzflächen: Co/BLG und SL-MoSe₂/NiFe. In unseren Findings elucidierten wir positive Spinpolarisation in SL-MoSe₂ (Abb. 2c), während in Co/BLG/NiFe Spinventil-Junction Co/BLG-Grenzfläche auch positive Spinpolarisation hervorruft. Daher ist Nettopolarisation Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe Spinventil-Junctions positiv, schematisch in Abb. 3c erklärt.

Abbildung 3: a Optisches Mikroskopbild BLG/SL-MoSe₂ auf Loch. b Temperaturabhängige MR-Schleifen Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe Junction bei festem Strom (I = 10 µA). (Top-Inset) Temperaturabhängiger Junctionwiderstand Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe. (Bottom-Inset) Lineare I-V Kurve Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe Bauelement bei T = 4 K. c Schematische Zeichnung spinabhängiger Zustandsdichten BLG und SL-MoSe₂ Heterostacks. Nach Glühen verschieben sich Fermi-Niveaus BLG angrenzend an Co oder NiFe durch n- oder p-Dotierung. d Vor und nach Glühen MR-Beträge als Funktion Temperatur für Struktur Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe. (Inset) Nach Glühen temperaturabhängige MR-Schleife Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe Junction bei festem Strom I = 10 µA.

Zudem, um Rolle Co- und NiFe-Dotierung mit BLG zu elucidieren, fertigten wir weiteren Heterostack-Bauelemente-Satz: NiFe/BLG/MoSe₂/Co. Vor Glühen maßen wir MR-Schleifen, die positiven Magnetowiderstand beschreiben (Abb. 4a). Wichtig: Nach Glühen kehrte Polarität NiFe/BLG/MoSe₂/Co Junction um (Abb. 4b). Negative Polarisation attribuiert Loch-Dotierung an NiFe/BLG-Grenzfläche und proximitätsinduzierter Bandaufspaltung in BLG, induzierend Majorität Spin-down-Elektronen [28]. Temperaturabhängige MR-Werte NiFe/BLG/MoSe₂/Co SVJs berechnet (~0,12, ~0,24, ~0,48, ~0,86, ~1,2 % bei T = 300, 200, 100, 50, 4 K vor Glühen und ~−0,56, ~−0,75, ~−0,98, ~−1,42, ~−1,99 % bei T = 300, 200, 100, 50, 4 K nach Glühen) in Abb. 4c. Bemerkenswert: Nach Glühen stiegen MR-Werte durch verringerten Widerstand, Schichtabstände, verbessertes Dotierungsphänomen in BLG durch NiFe. Weiter, vor und nach Glühen Nettopolarisation NiFe/BLG/SL-MoSe₂/Co SVJ positiv bzw. negativ, schematisch in Abb. 3c illustriert. Zusätzlich nach Glühen stromabhängige MR-Ratios NiFe/BLG/MoSe₂/Co SVJ berechnet (Abb. 4d). Mit steigendem AC-Strom von I = 10 µA auf I = 50 µA fiel MR-Wert von ~−2,0 auf ~−1,71 %. Diese MR-Reduktion konventionell, zurückzuführen auf Spin-Anregungen lokalisiert an Grenzflächen und lokale Fallenzustände in nicht-magnetischem Spacer [13, 15, 35, 36]. Am Ende plotteten wir Graph, der MR (%) Werte aller Bauelementtypen dieses Projekts präsentiert, offenbarend konsistenten, reproduzierbaren Trend (Abb. S4).

Abbildung 4: a Vor Glühen MR-Traces als Funktion Magnetfeld bei T = 300, 4 K und I = 10 µA. b Nach Glühen MR-Traces vs Magnetfeld B bei verschiedenen Temperaturen. c Vor und nach Glühen MR-Werte bei T = 300, 200, 100, 50, 4 K. d MR-Beträge NiFe/BLG/SL-MoSe₂/Co bei verschiedenen Stromwerten.

Dotierung durch FM-Kontakte [37] und Bandaufspaltung durch Proximitätseffekt erzeugen Unterschied in Population Spin-up- und Spin-down-Elektronen in Graphen [38, 39]. Durch Glühen liefern Konformation und verbesserter Kontakt zwischen FM-Kontakten und angrenzendem Bilayer-Graphen effektive Entkopplung Graphenschichten innerhalb van-der-Waals-gebundener Few-Layer-Kristalle, wie in verdrehten Graphen-Bilayern berichtet, die zwei elektronisch entkoppelte dünnere Graphene machen [40]. Danach werden diese zwei distinkt dotierten und proximitisierten Graphenschichten zu spinpolarisierten Elektroden, die Magnetowiderstand-Polarität entscheiden.

Grundlegend haben Co und NiFe FMs n- bzw. p-Dotierung in BLG. In Kombination mit Co/BLG wird Fermi-Niveau BLG in Leitungsband durch n-Dotierung verschoben. Liegt Fermi-Niveau BLG in Leitungsband, erhöht Dichte/Population Spin-up-Elektronen im Vergleich zu Spin-down-Elektronen durch proximitätsinduzierte Bandaufspaltung Graphen, letztlich positive Spinpolarisation präsentierend. Andererseits bei NiFe/BLG Stack verschiebt sich Fermi-Niveau BLG in Valenzband und proximitätsinduzierte Bandaufspaltung begünstigt Dichte Spin-down-Elektronen, final negative Spinpolarisation demonstrierend. Bemerkenswert: In unseren Experimenten wird Proximitätseffekt in BLG nur prominent, wenn Bauelemente nach Metallisierung FMs geglüht werden, ähnlich beobachtet in Ref. [28]. Initial interessierten wir Fermi-Niveau SL-MoSe₂, das sich möglicherweise durch proximitisierten Kontakt Co oder NiFe nach Glühen verschiebt. Überraschenderweise blieb es konsistent aufgrund geringen Dotierungseffekts auf MoSe₂. Es demonstrierte stabile positive Spinpolarisationen an SL-MoSe₂/NiFe und SL-MoSe₂/Co Grenzflächen, wodurch wir MR-Vorzeichen einfach durch Auswahl entweder NiFe oder Co mit BLG in Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe oder NiFe/BLG/SL-MoSe₂/Co Junctions modulieren können. Zusätzlich fanden wir in Ref. [28] maximum 1 % MR nach Glühen in BLG Spinventil-Junction. Andererseits fanden wir in unserer Arbeit nach Glühen MR ~1,86 % (86 % größer als Ref. [28]) in Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe und ~1,99 % (99 % größer als Ref. [28]) in NiFe/BLG/SL-MoSe₂/Co Bauelementen. Da wir schlussfolgerten, dass Manifestation BLG/SL-MoSe₂ Junction große MR-Werte im Vergleich zu nur BLG oder SL-MoSe₂ liefert, kann Basisfunktionalität Bauelementfertigung neue Avenue für Logik- und Speicher-Spintronik-Anwendungen Zukunft eröffnen.

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend enthüllten wir dekontaminierte SVJs Co/BLG/NiFe, Co/SL-MoSe₂/NiFe, Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe, NiFe/BLG/SL-MoSe₂/Co. Strom-Spannungs-Charakteristik aller SVJs demonstrierte lineare Relation, bestätigend metallischen Junction, verhält sich wie leitender Film. Wir untersuchten positive und negative MR-Signale in Co/BLG/NiFe vor und nach Glühen. Da nach Glühen Proximitätseffekt Polarität BLG SVJs umkehrt. Obwohl in Co/SL-MoSe₂/NiFe MR-Werte leicht verbessert, blieb Polarität wie BLG gleich (positiv) vor und nach Glühen, weil SL-MoSe₂ vernachlässigbaren Dotierungseffekt von FMs hat. Zudem wie SL-MoSe₂ zeigten Heterostack SVJs Co/BLG/SL-MoSe₂/NiFe positive Polarität vor und nach Glühen, aber MR-Werte signifikant erhöht nach Glühen. Zusätzlich NiFe/BLG/MoSe₂/Co SVJs demonstrierten positiven MR vor Glühen, nach Glühen Polarität umgekehrt aufgrund Proximitätseffekt-induzierter Bandaufspaltung BLG gekoppelt mit NiFe mit verbesserten MR-Werten. Zudem beobachteten wir stromabhängige MR-Beträge, die bei großen Stromwerten abnehmen, attribuiert Beitrag Grenzflächenzustände bei hohen Bias. Daher im Vergleich zu BLG und SL-MoSe₂ offenbart BLG/SL-MoSe₂ Heterostack höhere MR und Spinpolarisationen, dadurch besseres Spin-Filter-Phänomen an Grenzflächen vorschlagend. Subsequently in BLG/SL-MoSe₂ Bauelementen wird Polarität nicht nur umgekehrt, sondern demonstriert auch effizienten Spin-Filter-Mechanismus an FM-Grenzflächen. Diese Untersuchungen an 2D-Halbleitermaterialien und ihren Heterostacks können wertvolle komplementäre Information in spintronischen Logikbauelementen erforschen.