用修飾的石墨烯構造二維的巨磁阻器件

從維度上分，材料總可以歸為零維，一維，二維和三維。2004年石墨烯的發現使得真實的二維材料第一次出現在人們的面前，在科學界掀起了研究的熱潮，并且獲得了2010年的諾貝爾物理獎。除了具有極高的載流子遷移率，可以做成高表現的場效應晶體管，石墨烯還具有較長的自旋弛豫時間和長度，這使得其在自旋電子學領域内也有着重要的潛在應用價值。但基于純石墨烯的自旋閥其磁阻較低，實驗報道的值隻有10%左右。二維材料的一個顯著特點是有兩個暴露的表面，從而提供了結構調制的自由度。beat365官方网站呂勁高政祥老師指導本科生李林澤、博士生覃睿等，通過密度泛涵第一性原理的模拟，發現可以通過在石墨烯的一側進行化學修飾或者兩側進行不同的化學修飾的辦法大大提高石墨烯器件在自旋電子器件上的表現。一面修飾氧另一面修飾氫的石墨烯（O-graphene-H）具有高自旋極化的鐵磁基态，在0.6 V偏壓下其自旋過濾效率可達54%。單面修飾氟的石墨烯（F-graphene）的反鐵磁基态能隙為1.17 eV，具有半導體性質，而其激發态是鐵磁金屬态。通過控制外界磁場便可以使該結構在鐵磁和反鐵磁狀态之間轉變，從而達到控制電流的目标。計算表明，該器件的室溫磁阻可達2200%，比目前實驗上的磁阻最高值高一個數量級。該工作為石墨烯材料在自旋電子學領域的應用開辟了新的道路，研究成果于2011年3月11日發表在納米科技領域的國際著名雜志《ACS Nano》的網絡版上http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn102492g。

基于O-graphene-H的自旋過濾器和基于F-graphene的自旋閥的兩電極模型以及它們的I-V曲線。自旋過濾器裝置少數自旋的電流明顯大于多數自旋，而自旋閥裝置，鐵磁态的電流明顯大于反鐵磁态。

該研究工作得到人工微結構和介觀物理國家重點實驗室，自然科學基金，科技部重大研究計劃以及beat365本科生科研計劃的支持。