高 频 和 自 旋 电 子 学 课 题 组 X u e s L a b 首 页 薛 德 胜 教 授 柴 国 志 教 授 蒋 长 军 教 授 杨 德 政 教 授 司 明 苏 教 授 原 9 7 3 网 站 S p a t i a l s y m m e t r y o f s p i n p u m p i n g a n d i n v e r s e s p i n H a l l e f f e c t i n t h e P t / Y I G s y s t e m . . . . B y H A Z h o u , X L F a n , . . . D S X u e P h y s . R e v . B 9 4 , 1 3 4 4 2 1 ( 2 0 1 6 ) R e a d M o r e T h e s p a t i a l s y m m e t r y o f s p i n p u m p i n g , i . e . , t h e v o l t a g e a m p l i t u d e o f t h e i n v e r s e s p i n H a l l e f f e c t v a r y i n g w i t h t h e o r i e n t a t i o n o f s t a t i c m a g n e t i z a t i o n a n d t h e p o l a r i z a t i o n d i r e c t i o n o f a d y n a m i c m a g n e t i c f i e l d , h a s b e e n s y s t e m a t i c a l l y s t u d i e d b o t h t h e o r e t i c a l l y a n d e x p e r i m e n t a l l y . T h i s s y m m e t r y i s q u i t e i m p o r t a n t b e c a u s e i t i s t h e u n i q u e f o u n d a t i o n a n d c r i t e r i o n f o r i d e n t i f y i n g t h e s p i n p u m p i n g s i g n a l f r o m o t h e r c o n t r i b u t i o n s t o t h e v o l t a g e a n d f o r u n v e i l i n g t h e u n d e r l y i n g p h y s i c s o f s p i n p u m p i n g a n d p u r e s p i n c u r r e n t . A s a s t r a i g h t f o r w a r d p r o o f , w e f o u n d t h e s p i n m i x i n g c o n d u c t a n c e t o b e o u t o f p l a n e a n i s o t r o p i c , w h i c h c o m e s f r o m a n e l a b o r a t e s t u d y o f t h e s y m m e t r y o f a P t / Y I G b i l a y e r a f t e r e x a m i n i n g e v e r y e f f e c t t h a t m a y c o n t r i b u t e t o t h e a n g u l a r d e p e n d e n c e o f s p i n p u m p i n g ; t h e s p i n H a l l a n g l e , h o w e v e r , i s a c o n s t a n t t h a t i s i n d e p e n d e n t o f t h e p o l a r i z a t i o n d i r e c t i o n o f t h e s p i n c u r r e n t . M a g n e t o r e s i s t a n c e A m p l i f i c a t i o n E f f e c t i n S i l i c o n T r a n s i s t o r D e v i c e . . . . B y T a o W a n g , D e z h e n g Y a n g , M i n g s u S i , F a n g c o n g W a n g , S h i m i n g Z h o u a n d D e s h e n g X u e , A d v . E l e c t . M a t e r . 2 , 1 6 0 0 1 7 4 ( 2 0 1 6 ) R e a d M o r e L a r g e m a g n e t o r e s i s t a n c e d i s c o v e r e d i n n o n m a g n e t i c s e m i c o n d u c t o r s o f f e r s a n a l t e r n a t i v e r o u t e t o r e n e w m a g n e t o e l e c t r o n i c s w i t h o u t f e r r o m a g n e t s . H o w e v e r , i t i s s t i l l a g r e a t c h a l l e n g e t o r e t a i n s u c h l a r g e m a g n e t o r e s i s t a n c e u n d e r l o w m a g n e t i c f i e l d s . I n t h i s w o r k , a n a l o g o u s t o c u r r e n t a m p l i f i c a t i o n i n t h e t r a n s i s t o r , a m a g n e t o r e s i s t a n c e a m p l i f i c a t i o n e f f e c t i s p r o p o s e d i n s i l i c o n t r a n s i s t o r d e v i c e , w h e r e t h e d e v i c e c u r r e n t i s s i g n i f i c a n t l y c o n t r o l l e d b y m a g n e t i c f i e l d m a n i p u l a t e d c o u p l i n g o f t w o p n j u n c t i o n s i n t r a n s i s t o r . A s a d i r e c t c o n s e q u e n c e , l a r g e m a g n e t o r e s i s t a n c e o f 5 0 0 0 0 % w i t h h i g h s e n s i t i v i t y o f 5 0 % O e ( 1 ) i s y i e l d e d a t m a g n e t i c f i e l d o f o n l y 0 . 1 T . T h e r e s u l t s n o t o n l y p r o v i d e h e r e a n e w p r o p o s a l c o m p a t i b l e w i t h c u r r e n t s e m i c o n d u c t o r t e c h n o l o g y t o a c h i e v e l a r g e m a g n t o r e s i s t a n c e a t l o w m a g n e t i c f i e l d , b u t a l s o r e a l i z e m a g n e t i c f i e l d m a n i p u l a t e d t r a n s i s t o r , w h i c h i s a s t e p f o r m a g n e t o e l e c t r o n i c s . I n p l a n e I s o t r o p i c M i c r o w a v e P e r f o r m a n c e o f C o Z r T r i l a y e r i n G H z R a n g e . . . . B y L u l u P a n , F e n g l o n g W a n g , W e n f e n g W a n g , G u o z h i C h a i & D e s h e n g X u e , S c i . R e p . 6 , 2 1 3 2 7 ( 2 0 1 6 ) R e a d M o r e I n t h i s w o r k , w e i n v e s t i g a t e t h e h i g h f r e q u e n c y p e r f o r m a n c e o f C o 9 0 Z r 1 0 / S i O 2 / C o 9 0 Z r 1 0 t r i l a y e r s . I t i s d e m o n s t r a t e d t h a t t h e i n p l a n e i s o t r o p i c m i c r o w a v e p e r f o r m a n c e i s t h e o r e t i c a l l y d e r i v e d f r o m t h e s o l u t i o n o f t h e L a n d a u L i f s h i t z G i l b e r t e q u a t i o n a n d e x p e r i m e n t a l l y a c h i e v e d i n t h a t s a n d w i c h s t r u c t u r e d f i l m . T h e i s o t r o p i c m i c r o w a v e p e r f o r m a n c e c a n b e t u n e d t o h i g h e r r e s o n a n c e f r e q u e n c y u p t o 5 . 3 G H z b y e m p l o y i n g t h e o b l i q u e d e p o s i t i o n t e c h n i q u e . A n o n v o l a t i l e f o u r s t a t e m a g n e t i c m e m o r y i n a C o / ( 0 1 1 ) P b ( M g 1 / 3 N b 2 / 3 ) O 3 P b T i O 3 h e t e r o s t r u c t u r e A n o n v o l a t i l e f o u r s t a t e m a g n e t i c m e m o r y i s a c h i e v e d i n a C o / ( 0 1 1 ) P b ( M g 1 / 3 N b 2 / 3 ) O 3 P b T i O 3 h e t e r o s t r u c t u r e . T h e i n p l a n e m a g n e t i z a t i o n o f f e r r o m a g n e t i c C o f i l m i n t h e h e t e r o s t r u c t u r e c a n b e c o n t r o l l e d b o t h e l e c t r i c a l l y a n d m a g n e t i c a l l y . E l e c t r i c f i e l d m e d i a t e d m a g n e t i s m i s c a u s e d b y p i e z o s t r a i n e f f e c t , w h i c h d i s p l a y s a s t a b l e n o n v o l a t i l e r e m n a n t m a g n e t i z a t i o n v s e l e c t r i c f i e l d l o o p l i k e b e h a v i o r . I n p l a n e s t r a i n e l e c t r i c f i e l d ( S E ) b e h a v i o r u n d e r d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s r e v e a l s a n o n v o l a t i l e s t r a i n s w i t c h i n g e f f e c t , w h i c h i s r e s p o n s i b l e f o r t h e n o n v o l a t i l e r e m n a n t m a g n e t i z a t i o n s w i t c h i n g t h r o u g h p i e z o s t r a i n m e d i a t e d m a g n e t o e l e c t r i c e f f e c t . F u r t h e r i n v e s t i g a t i o n s o n t e m p e r a t u r e d e p e n d e n c e o f S E b e h a v i o r s u g g e s t t h a t t h e a b s e n t o f t h e s e c o n d n o n 1 8 0  d o m a i n s w i t c h i n g m a y b e r e s p o n s i b l e f o r t h e a s y m m e t r y i n s t r a i n c u r v e s t h a t c a u s e s t h e n o n v o l a t i l e s t r a i n s w i t c h i n g , a n d t h e r e f o r e c a u s e s t h e n o n v o l a t i l e r e m a n e n t m a g n e t i z a t i o n s w i t c h i n g , w h i c h i s c r u c i a l f o r t h e f o u r s t a t e m a g n e t o e l e c t r i c m e m o r y . M e t a l l i c N i 3 N n a n o s h e e t s w i t h e x p o s e d a c t i v e s u r f a c e s i t e s f o r e f f i c i e n t h y d r o g e n e v o l u t i o n N i B a s e d c a t a l y s t s h a v e b e e n c o n s i d e r e d a s p r o m i s i n g n o n n o b l e m e t a l h y d r o g e n e v o l u t i o n r e a c t i o n ( H E R ) e l e c t r o c a t a l y s t s f o r f u t u r e c l e a n e n e r g y d e v i c e s . H e r e , a t o m i c a l l y t h i n m e t a l l i c N i 3 N n a n o s h e e t s a r e f a b r i c a t e d a s t h e h y d r o g e n e v o l u t i o n c a t h o d e , w h i c h e x h i b i t r e m a r k a b l e H E R a c t i v i t y c l o s e t o t h a t o f a c o m m e r c i a l P t / C e l e c t r o d e . T h e N i 3 N n a n o s h e e t c a t a l y s t s h o w s a n e l e c t r o c a t a l y t i c c u r r e n t d e n s i t y o f 1 0 0 m A c m 2 a t a l o w o v e r p o t e n t i a l o f 1 0 0 m V v s . R H E , a h i g h e x c h a n g e c u r r e n t d e n s i t y o f 0 . 3 2 m A c m
2 , a T a f e l s l o p e o f 5 9 . 7 9 m V d e c
1 a n d r e m a r k a b l e d u r a b i l i t y ( l i t t l e a c t i v i t y l o s s > 5 0 0 0 c y c l e s ) i n a c i d i c m e d i a a s w e l l a s h i g h H E R a c t i v i t y i n n e u t r a l a n d a l k a l i n e m e d i a . T h r o u g h s y s t e m a t i c t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n s , t h e a c t i v e s u r f a c e s i t e s o f t h e N i 3 N n a n o s h e e t s a r e e x p l i c i t l y i d e n t i f i e d . T h e N i a t o m s a c c o m p a n i e d b y s u r r o u n d i n g N a t o m s o n t h e N – N i s u r f a c e d e m o n s t r a t e a s m a l l D G H * o f 0 . 0 6 5 e V d u e t o t h e N i – N c o e f f e c t , w h i c h a c t a s t h e m o s t a c t i v e H E R s i t e s . T h i s f i n d i n g b r o a d e n s o u r v i s i o n t o r e a l i z e t h e H E R a c t i v i t y o f 2 D m e t a l l i c e l e c t r o c a t a l y s t s a n d p a v e s t h e w a y f o r e x c i t i n g o p p o r t u n i t i e s i n e x p l o r i n g a n d o p t i m i z i n g a d v a n c e d c a t a l y s t s f o r f u t u r e e n e r g y p r o d u c t i o n . T h e o r e t i c a l P r e d i c t i o n o f C a r r i e r M o b i l i t y i n F e w L a y e r B C 2 N A n i d e a l s e m i c o n d u c t i n g m a t e r i a l s h o u l d s i m u l t a n e o u s l y h o l d a c o n s i d e r a b l e d i r e c t b a n d g a p a n d a h i g h c a r r i e r m o b i l i t y . A 2 D p l a n a r c o m p o u n d c o n s i s t i n g o f z i g z a g c h a i n s o f C − C a n d B − N a t o m s , d e n o t e d a s B C 2 N , w o u l d b e a g o o d c a n d i d a t e . I t h a s a d i r e c t b a n d g a p o f 2 e V , w h i c h c a n b e f u r t h e r t u n e d b y c h a n g i n g t h e l a y e r n u m b e r . A t t h e s a m e t i m e , o u r f i r s t p r i n c i p l e s c a l c u l a t i o n s s h o w t h a t f e w l a y e r B C 2 N p o s s e s s e s a h i g h c a r r i e r m o b i l i t y . T h e c a r r i e r m o b i l i t y o f a r o u n d o n e m i l l i o n s q a u r e c e n t i m e t e r s p e r v o l t s e c o n d i s o b t a i n e d a t i t s t h r e e l a y e r . A s o u r s t u d y d e m o n s t r a t e d , f e w l a y e r B C 2 N h a s p o t e n t i a l a p p l i c a t i o n s i n n a n o e l e c t r o n i c s a n d o p t o e l e c t r o n i c s . S i n g l e s p i n m a n i p u l a t i o n b y e l e c t r i c f i e l d s a n d a d s o r p t i o n o f m o l e c u l e s P e r f o r m i n g a b i n i t i o c a l c u l a t i o n s , w e r e v e a l t h a t t h e m a g n e t i c a n i s o t r o p y ( M A ) a n d t h e s p i n d i r e c t i o n o f a s i n g l e a d a t o m c a n b e m a n i p u l a t e d w i t h a c o m b i n a t i o n o f e l e c t r i c f i e l d s a n d a d s o r p t i o n o f m o l e c u l e s . C h o o s i n g t h e F e a d a t o m o n t h e C u 2 N / C u ( 0 0 1 ) s u r f a c e a s a t y p i c a l m o d e l s y s t e m , w e s h o w t h a t t h e M A o f t h e p r i s t i n e F e a d a t o m a n d t h e F e a d a t o m w i t h a n a d d i t i o n a l H o r F a t o m a d s o r p t i o n r e m a r k a b l y c h a n g e s b y a p p l y i n g a n e x t e r n a l e l e c t r i c f i e l d . M o r e o v e r , w e s h o w t h a t t h e F a d s o r p t i o n l e a d s t o t h e s p i n r e o r i e n t a t i o n t r a n s i t i o n o f t h e F e a d a t o m f r o m i n p l a n e t o o u t o f p l a n e . C o n t r o l l i n g t h e m a g n e t i z a t i o n d y n a m i c s o f a s i n g l e m a g n e t i c a d a t o m b y m o l e c u l e a d s o r p t i o n i s d e m o n s t r a t e d . S t r u c t u r a l P h a s e T r a n s i t i o n E f f e c t o n R e s i s t i v e S w i t c h i n g B e h a v i o r o f M o S 2 P o l y v i n y l p y r r o l i d o n e N a n o c o m p o s i t e s F i l m s f o r F l e x i b l e M e m o r y D e v i c e s T h e 2 H p h a s e a n d 1 T p h a s e c o e x i s t i n g i n t h e s a m e m o l y b d e n u m d i s u l f i d e ( M o S 2 ) n a n o s h e e t s c a n i n f l u e n c e t h e e l e c t r o n i c p r o p e r t i e s o f t h e m a t e r i a l s . T h e 1 T p h a s e o f M o S 2 i s i n t r o d u c e d i n t o t h e 2 H M o S 2 n a n o s h e e t s b y t w o s t e p h y d r o t h e r m a l s y n t h e t i c m e t h o d s . T w o t y p e s o f n o n v o l a t i l e m e m o r y e f f e c t s , n a m e l y w r i t e o n c e r e a d m a n y t i m e s m e m o r y a n d r e w r i t a b l e m e m o r y e f f e c t , a r e o b s e r v e d i n t h e f l e x i b l e m e m o r y d e v i c e s w i t h t h e c o n f i g u r a t i o n o f A l / 1 T @ 2 H M o S 2 p o l y v i n y l p y r r o l i d o n e ( P V P ) / i n d i u m t i n o x i d e ( I T O ) / p o l y e t h y l e n e t e r e p h t h a l a t e ( P E T ) a n d A l / 2 H M o S 2 P V P / I T O / P E T , r e s p e c t i v e l y . I t i s o b s e r v e d t h a t s t r u c t u r a l p h a s e t r a n s i t i o n i n M o S 2 n a n o s h e e t s p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e o n t h e r e s i s t i v e s w i t c h i n g b e h a v i o r s o f t h e M o S 2 b a s e d d e v i c e . I t i s h o p e d t h a t o u r r e s u l t s c a n o f f e r a g e n e r a l r o u t e f o r t h e p r e p a r a t i o n o f v a r i o u s p r o m i s i n g n a n o c o m p o s i t e s b a s e d o n 2 D n a n o s h e e t s o f l a y e r e d t r a n s i t i o n m e t a l d i c h a l c o g e n i d e s f o r f a b r i c a t i n g t h e h i g h p e r f o r m a n c e a n d f l e x i b l e n o n v o l a t i l e m e m o r y d e v i c e s t h r o u g h r e g u l a t i n g t h e p h a s e s t r u c t u r e i n t h e 2 D n a n o s h e e t s . A L a r g e M a g n e t o r e s i s t a n c e E f f e c t i n p – n J u n c t i o n D e v i c e s b y t h e S p a c e C h a r g e E f f e c t T h e f i n d i n g o f a n e x t r e m e l y l a r g e m a g n e t o r e s i s t a n c e e f f e c t o n s i l i c o n b a s e d p – n j u n c t i o n w i t h v e r t i c a l g e o m e t r y o v e r a w i d e r a n g e o f t e m p e r a t u r e s a n d m a g n e t i c f i e l d s i s r e p o r t e d . A 2 5 0 0 % m a g n e t o r e s i s t a n c e r a t i o o f t h e S i p – n j u n c t i o n i s o b s e r v e d a t r o o m t e m p e r a t u r e w i t h a m a g n e t i c f i e l d o f 5 T a n d t h e a p p l i e d b i a s v o l t a g e o f o n l y 6 V , w h i l e a m a g n e t o r e s i s t a n c e r a t i o o f 2 5 0 0 0 % i s a c h i e v e d a t 1 0 0 K . T h e c u r r e n t v o l t a g e ( I – V ) b e h a v i o r s u n d e r v a r i o u s e x t e r n a l m a g n e t i c f i e l d s o b e y a n e x p o n e n t i a l r e l a t i o n s h i p , a n d t h e m a g n e t o r e s i s t a n c e e f f e c t i s s i g n i f i c a n t l y e n h a n c e d b y b o t h c o n t r i b u t i o n s o f t h e e l e c t r i c f i e l d i n h o m o g e n e i t y a n d c a r r i e r c o n c e n t r a t i o n s v a r i a t i o n . T h e o r e t i c a l a n a l y s i s u s i n g c l a s s i c a l p – n j u n c t i o n t r a n s p o r t e q u a t i o n i s a d a p t e d t o d e s c r i b e t h e I – V c u r v e s o f t h e p – n j u n c t i o n a t d i f f e r e n t m a g n e t i c f i e l d s a n d r e v e a l s t h a t t h e l a r g e m a g n e t o r e s i s t a n c e e f f e c t o r i g i n s f r o m a c h a n g e o f s p a c e c h a r g e r e g i o n i n t h e p – n j u n c t i o n i n d u c e d b y e x t e r n a l m a g n e t i c f i e l d . T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e c o n v e n t i o n a l p – n j u n c t i o n i s p r o p o s e d t o b e u s e d a s a m u l t i f u n c t i o n a l m a t e r i a l b a s e d o n t h e i n t e r p l a y b e t w e e n e l e c t r o n i c a n d m a g n e t i c r e s p o n s e , w h i c h i s s i g n i f i c a n t f o r f u t u r e m a g n e t o e l e c t r o n i c s i n t h e s e m i c o n d u c t o r i n d u s t r y . 欢   迎   来   到   高   频   磁   性   和   自   旋   电   子   学   研   究   组 ! 希 望 加 入 本 课 题 组 ？ 那 就 赶 快 联 系 我 们 吧 ! 联 系 我 们 ! 薛 德 胜 教 授 学 术 带 头 人 蒋 长 军 教 授 学 术 骨 干 柴 国 志 教 授 学 术 骨 干 杨 德 政 教 授 学 术 骨 干 司 明 苏 教 授 学 术 骨 干 高 存 绪 教 授 学 术 骨 干 范 小 龙 教 授 学 术 骨 干 高 大 强 教 授 学 术 骨 干 S t a y c o n n e c t e d w i t h u s ! X u e J i a n g C X G a o F a n D Q G a o Y a n g C h a i S i             团 队 面 向 国 家 对 功 能 材 料 和 器 件 的 重 大 需 求 ， 依 托 兰 州 大 学 磁 学 与 磁 性 材 料 教 育 部 重 点 实 验 室 开 展 工 作 ， 以 多 场 控 制 的 磁 电 功 能 微 纳 器 件 为 目 标 ， 结 合 多 场 耦 合 物 理 新 效 应 的 理 论 研 究 ， 以 期 通 过 一 支 集 材 料 、 器 件 和 理 论 研 究 有 机 结 合 的 高 水 平 研 究 团 队 ， 发 展 新 性 能 的 纳 米 功 能 材 料 ， 研 制 新 功 能 的 原 理 性 微 纳 器 件 。 组 内 新 闻 柴 国 志 教 授 受 邀 担 任 N a t u r e 出 版 集 团 《 S c i e n t i f i c R e p o r t s 》 凝 聚 态 物 理 领 域 编 委 成 员 今 年 毕 业 学 生 ： 周 恒 安 、 王 涛 、 吕 凤 珍 、 李 成 毅 、 崔 磊 在 研 课 题 国 家 重 大 研 究 计 划 纳 米 专 项 （ 3 0 0 0 万 ） 教 育 部 创 新 团 队 基 金 面 上 项 目 基 金 （ 薛 老 师 ： 5 1 3 7 1 0 9 3 , 1 1 6 7 4 1 4 3 ； 范 小 龙 ： 5 1 4 7 1 0 8 1 ； 柴 国 志 5 1 4 7 1 0 8 0 ； 蒋 长 军 ： 1 1 3 7 4 1 3 1 , 5 1 6 7 1 0 9 9 ； 高 存 绪 ： 1 1 6 7 4 1 4 1 ； 杨 德 政 ： 5 1 3 7 2 1 0 7 ； 高 大 强 ： 1 1 4 7 4 1 3 7 ） 国 际 合 作 项 目 （ 1 1 4 2 9 4 0 1 , 范 小 龙 ） S t a y C o n n e c t e d A d d : 兰 州 大 学 齐 云 楼 0 7 1 2 T e l : 0 9 3 1 8 9 1 4 1 6 0 W e b : n a n o . l z u . e d u . c n C o p y r i g h t 2 0 1 6 X u e s G r o u p 兰 州 大 学 高 频 与 自 旋 电 子 学 研 究 组 A l l R i g h t s R e s e r v e d C o n t a c t B a c k t o t h e t o p

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