自旋電子學(xué)的案例
自旋電子學(xué)Nature:反鐵磁氧化鐵中的可調(diào)長程自旋輸運
【引言】
自旋電子學(xué)是基于自旋輸運的新興科學(xué)技術(shù)。所謂自旋其實是電子的內(nèi)稟角動量，與質(zhì)量、電荷一樣是電子自身固有性質(zhì)。電子自旋輸運被認(rèn)為與傳統(tǒng)電子器件中電子電荷輸運相類似，也可作為載體用于信息傳輸，根據(jù)自旋轉(zhuǎn)移這一特性設(shè)計開發(fā)的新型電子器件可有望作為現(xiàn)有電子器件的升級替代產(chǎn)品。類似于電流，通過自旋霍爾效應(yīng)電子發(fā)生特定的偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生自旋流（Spin current）。自旋流作為自旋信息傳輸?shù)暮诵模前l(fā)展基于自旋計算器件的關(guān)鍵。近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)在鐵磁絕緣體中可通過溫度梯度驅(qū)動自旋的定向運動，從而產(chǎn)生自旋流及其長程輸運（Long-distance transport）現(xiàn)象。相較于鐵磁絕緣體，反鐵磁性有序材料具有零凈磁矩的特點，是應(yīng)用于自旋電子學(xué)器件的理想材料。然而，反鐵磁體中自旋輸運現(xiàn)象的直接觀測目前只限于幾個納米的范圍，嚴(yán)重制約了相關(guān)材料的發(fā)展。
【成果簡介】
近日，德國美因茨大學(xué)的R. Lebrun以及M. Klaui（共同通訊作者）等人在反鐵磁絕緣體赤鐵礦（α-Fe2O3）單晶中利用自旋霍爾效應(yīng)展示了自旋流的長程傳播行為。首先研究人員將電流通過赤鐵礦單晶上的鉑絲，一方面可以引發(fā)自旋霍爾效應(yīng)產(chǎn)生橫向自旋流，驅(qū)動自旋在鉑-赤鐵礦界面累積，這一累積富集過程能夠進一步產(chǎn)生帶有凈角動量的自旋流。另一方面，通過鉑絲的電流還能使得鉑絲產(chǎn)生焦耳熱引發(fā)橫向溫度梯度變化，從而可根據(jù)自旋塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生自旋流。這兩種自旋流及其自旋電壓最終共同構(gòu)成了非本地電壓（non-local voltage），可通過逆自旋霍爾效應(yīng)進行檢測。基于以上策略，研究人員通過計算測量發(fā)現(xiàn)赤鐵礦這一簡單反鐵磁絕緣體傳輸自旋信息的距離可達(dá)到微米級別，與復(fù)雜鐵磁體一樣高效。
展開 量子效應(yīng)和磁性：讓石墨烯納米片有望用于新一代晶體管！
這項研究成為自旋電子學(xué)研究的又一重要進展，極具應(yīng)用前景。
背景
自旋（Spin），是粒子的量子力學(xué)特性。Spintronics，即“自旋電子學(xué) ” ，是一項旨在操控電子自旋的前沿科技。傳統(tǒng)的電子器件，往往都是利用電荷運動形成的電流，傳輸和處理相關(guān)信息數(shù)據(jù)。然而，自旋電子學(xué)則利用了電子的自旋或磁矩作為信息載體。
自旋電子學(xué)的相關(guān)應(yīng)用包括：硬盤磁頭、磁性隨機內(nèi)存、自旋場發(fā)射晶體管、自旋發(fā)光二極管等。相比于傳統(tǒng)的微電子器件，自旋電子器件具有存儲密度高、能耗低、響應(yīng)快等優(yōu)勢。
自旋電子學(xué)既可以用于數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域，也可以用于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域。在數(shù)據(jù)處理方面，先請大家看兩個例子：
1）美國德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校科學(xué)家采用自旋電子學(xué)原理，設(shè)計出由石墨烯納米帶和碳納米管構(gòu)成的全碳自旋邏輯器件。
（圖片來源于:參考資料【3】）
2）荷蘭格羅寧根大學(xué)的物理學(xué)家開發(fā)出的基于磁振子的自旋晶體管。
（圖片來源：L. Cornelissen）
數(shù)據(jù)存儲方面，例如：新加坡國立大學(xué)發(fā)明的新型超薄多層膜，它能夠有效利用手型自旋結(jié)構(gòu)單元“斯格明子”進行數(shù)據(jù)存儲。具有磁性斯格明子結(jié)構(gòu)的材料，有望成為構(gòu)建未來高密度、高速度、低能耗磁自旋存儲器件的理想候選材料。
（圖片來源于：參考資料【4】）
因此，我們可以想象，未來自旋電子學(xué)有望將數(shù)據(jù)的存儲和處理功能集成于同一器件，避免了數(shù)據(jù)存儲器和處理器之間來回移動，從而提升計算機的整體效率，帶來更快速、更節(jié)能的計算機。
創(chuàng)新
今天，筆者要為大家介紹自旋電子學(xué)研究的又一重要進展。近日，意大利國際高等研究院（SISSA）科研團隊研究了一種微小的石墨烯納米薄片，對于納米電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用來說，這將是一種非常有前途的材料。這項研究的參與者最近在《 納米快報（Nano Letters）》上發(fā)表了相關(guān)論文。
展開 皇家墨爾本理工大學(xué)&成均館大學(xué)Nat. Commun. ：納米片范德華磁性材料Fe3GeTe2的硬磁
這些材料揭示了新穎的光學(xué)和電子學(xué)特性。這些材料堆疊的異質(zhì)結(jié)構(gòu)含有更多有趣的特性。在過去的幾年中，拉曼光譜和電子傳輸測量已經(jīng)在vdW磁體上進行。最近，研究人員在兩種絕緣vdW磁性材料Cr2Ge2Te6和CrI3以及基于vdW鐵磁異質(zhì)結(jié)構(gòu)的新型器件中成功發(fā)現(xiàn)了二維鐵磁性。這項發(fā)現(xiàn)有助于設(shè)計和制造許多基于vdW磁體的器件。例如，將vdW鐵磁金屬材料與具有強自旋-軌道相互作用的vdW金屬堆疊，可以用于設(shè)計制造自旋-軌道扭矩器件。然而，為了開發(fā)鐵磁vdW材料作為基于vdW異質(zhì)結(jié)構(gòu)的自旋電子學(xué)的基礎(chǔ)材料，具有硬磁相和高剩磁與飽和磁化（MR/MS）比的鐵磁vdW金屬是必不可少的。
本文研究了單晶FGT納米薄片的異常霍爾效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)它們的磁性高度依賴于厚度。當(dāng)厚度減小到小于200nm，形成硬磁相具有大的矯頑力和接近方形的滯后回線。本文提出了一個模型來描述FGT薄片的硬磁行為。這個模型適用于具有強垂直各向異性和方形磁環(huán)的其他vdW鐵磁薄膜或納米薄片。
【成果簡介】
二維vdW材料是目前比較熱門的研究領(lǐng)域，多項相關(guān)研究表明其具有出色的光學(xué)和電學(xué)特性。然而，目前有關(guān)vdW材料的磁性和其在自旋電子學(xué)應(yīng)用的科研成果仍比較匱乏。近日，澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)的Wang Lan（通訊作者）和韓國成均館大學(xué)的Changgu Lee（通訊作者）等人研究了不同厚度的單晶金屬Fe3GeTe2納米片的反常霍爾效應(yīng)測量。這些納米薄片具有接近方形磁環(huán)的單一硬磁相，較大的矯頑力（在2K時，高達(dá)550mT），接近200K的居里溫度和極強的垂直磁各向異性。通過臨界性分析，F(xiàn)e3GeTe2中vdW原子層之間的耦合范圍約為5個vdW原子層。Fe3GeTe2的磁性能突出了其整合到vdW磁異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件中的潛力，為基于這些器件的自旋電子學(xué)研究和應(yīng)用鋪平了道路。
展開 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中不必要電子噪聲的潛在用途
這一令人興奮的發(fā)現(xiàn)為1/f2噪聲光譜在磁性半導(dǎo)體中的應(yīng)用鋪平了道路，并為自旋電子學(xué)提供了磁開關(guān)能力。
李教授解釋說:“這是觀察磁性半導(dǎo)體中大電阻波動的雙穩(wěn)態(tài)磁態(tài)的第一步，并通過自旋電子學(xué)中簡單的電壓極性提供1/f2噪聲的磁開關(guān)能力。”
這項工作是通過與淑明女子大學(xué)（Sookmyung Women's University）的JOO Min-Kyu和哈佛大學(xué)的KIM Philip合作的跨學(xué)科研究完成的。
信息源于：miragenews
文章來源21dB聲學(xué)人
國家納米中心唐智勇Adv. Mater. 綜述：磁圓二色譜在納米材料領(lǐng)域的應(yīng)用:深入理解和調(diào)控激子和
這類材料由于其獨特的磁光特性，通過將磁性引入半導(dǎo)體納米晶體，在自旋電子學(xué)領(lǐng)域具有巨大的潛力。具有開殼層的磁性摻雜原子與非磁性半導(dǎo)體的結(jié)合導(dǎo)致局域不成對電子自旋與弛豫光生電子-空穴對(激子)耦合，這被稱為sp - d交換相互作用( s-d和p-d相互作用分別表示摻雜離子與電子和空穴的耦合)。
圖3. 稀磁半導(dǎo)體Zeeman分裂的產(chǎn)生機理
a) 通常，非磁性半導(dǎo)體的電子能量與自旋方向無關(guān)。也就是說，具有自旋向上或自旋向下狀態(tài)的電子是無法區(qū)分的；
b) 相反，磁性半導(dǎo)體的s和p電子受到磁性離子d電子的影響，導(dǎo)致導(dǎo)帶和價帶之間的Zeeman分裂；
2.3. 揭示半導(dǎo)體團簇的精細(xì)電子結(jié)構(gòu)
摻雜的具有magic-size的納米團簇(尺寸介于量子點和分子之間的具有一定數(shù)量的原子組成的半導(dǎo)體團簇)的制備已經(jīng)成為一個新興的課題，因為它們具有獨特的磁光功能，有可能實現(xiàn)solotronic器件在高紫外區(qū)域的應(yīng)用。結(jié)合MCD光譜和UV-vis光譜可以對半導(dǎo)體納米團簇的精細(xì)結(jié)構(gòu)進行區(qū)分。
圖4. Mn2+摻雜(CdSe)13簇表征
a) 在2k的不同磁場下，4% Mn2+摻雜(CdSe)13簇的吸收(頂部)和MCD (底部)光譜。吸收光譜中的綠色、紫色和黑色虛線分別代表實驗結(jié)果、磁光活性和非活性響應(yīng)。
展開 華南理工大學(xué)李遠(yuǎn)課題組 Angew：穩(wěn)定的“芳香化硝酸自由基”實現(xiàn)高效的光熱轉(zhuǎn)換
按照電子基態(tài)的不同，可將有機半導(dǎo)體分子劃分為“閉殼”和“開殼”兩種類型。其中，“開殼”的自由基半導(dǎo)體分子是一類特殊的有機化合物；它們的分子結(jié)構(gòu)中含有未成對的電子，因而具有獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，在有機光電、磁學(xué)、儲能、自旋電子學(xué)、生物診療和光熱轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用潛力。近年來，太陽能的高效利用受到眾多科技工作者廣泛關(guān)注和研究，并被廣泛應(yīng)用于降解污染物、污水處理和海水淡化等領(lǐng)域；其中，海水淡化是解決人類局部地區(qū)的淡水資源欠缺的重要手段之一。
在過去近三十年中，自由基化學(xué)獲得了長足的進步和發(fā)展，然而，合成穩(wěn)定的高自旋多自由基材料依然是重要挑戰(zhàn)之一。近日，華南理工大學(xué)的李遠(yuǎn)課題組在前期工作的基礎(chǔ)上（J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 3780-3785; Sci. China Chem., 2019, 62, 1656-1665 and Chem, 2021, 7, 288-332) ，設(shè)計合成了一系列星型“芳香化硝酸自由基”。研究者發(fā)現(xiàn)該系列三苯胺酚自由基具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性、電化學(xué)以及空氣穩(wěn)定性，其穩(wěn)定性源于其芳香化硝酸基團的多重共振結(jié)構(gòu)（圖1）。
圖1. 星型“芳香化硝酸自由基”的設(shè)計以及分子結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，與甲氧基前驅(qū)體相比，星型“芳香化硝酸自由基”的熒光量子產(chǎn)率均低于1.0%, 其中TPA-TPA-O6的熒光量子產(chǎn)率最低，僅為0.1%。同時，TPA-TPA-O6具有最高的自旋濃度，自由基的存在有效的淬滅了熒光，極大的增強熱輻射躍遷過程。接著，作者進一步研究了TPA-TPA-O6粉末的光熱性能。
展開 西交大Advanced Materials：電場可調(diào)低功耗可穿戴自旋電子器件
【引言】
生物與數(shù)字世界之間的無縫連接已經(jīng)成為未來電子技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。柔性電子器件因其所具備的柔韌性，便攜性，可穿戴性，已經(jīng)成為發(fā)展功能器件的尖端領(lǐng)域。然而柔性自旋電子器件的研究卻仍然局限于其磁性調(diào)控方式，因為傳統(tǒng)的磁鐵調(diào)控方式具有體積龐大、高功耗、高熱量、響應(yīng)慢等缺點，嚴(yán)重制約了柔性自旋器件的實際應(yīng)用。
【成果簡介】
近日，西安交通大學(xué)電信學(xué)院“青年千人”劉明教授課題組研究了基于電場調(diào)控的柔性自旋電子器件，并實現(xiàn)了磁疇翻轉(zhuǎn)的可視化觀測。該成果首次嘗試將磁電耦合效應(yīng)從平面研究推廣到柔性曲面研究，很好地填補了柔性自旋電子領(lǐng)域磁電復(fù)合技術(shù)的空白，具有突破性的意義。柔性基底上電場可控的反鐵磁-鐵磁轉(zhuǎn)變迎合了當(dāng)前磁性器件的功能需求，因而該成果將為新一代可穿戴，低功耗，快響應(yīng)，易集成柔性電子元器件的制備與研發(fā)打下堅實基礎(chǔ)。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1不同基底的(Pt/Co)2/Ru/(Co/Pt)2人工反鐵磁實物圖片及其基本磁性表征
(a)Kapton (I)和云母上(II)呈彎曲態(tài)的(Pt 9 ?/ Co 7.5 ?)2 / Ru (0.95nm)/ (Co 7.5 ? / Pt 9 ?)2 / Ta(3.5nm)人工反鐵磁。 右圖III顯示的是離子膠(IG)； (b)和(c)是(Pt / Co)2 / Ru /(Co / Pt)2 / Ta / Mica人工反鐵磁的磁滯回線Ru厚度依賴特性； (d-i)在極性MOKE模式下觀察到的(Pt 9 ? / Co 7.5 ?)2 / Ru(10.3 ?)/ (Co 7.5 ? / Pt 9 ?)2 / Ta(3.5nm)/Mica結(jié)構(gòu)的垂直動態(tài)磁化反轉(zhuǎn)。
展開 “超級芯片”或在十年內(nèi)誕生，摩爾定律再續(xù)一命！
Nature發(fā)布的最新論文顯示，英特爾和加州大學(xué)伯克利分校的研究人員正在研究超級芯片，已經(jīng)在“自旋電子學(xué)”領(lǐng)域取得突破進展。
目前，摩爾定律為“半導(dǎo)體芯片中可容納的元器件數(shù)目，約18個月增加一倍”，其中的“元器件”主要為CMOS晶體管，目前主流看法是在5nm節(jié)點后晶體管將逼近物理極限，導(dǎo)致摩爾定律終結(jié)。
研究人員用“自旋電子學(xué)”技術(shù)可以讓現(xiàn)在常見的芯片元件尺寸縮小到五分之一，并降低能耗超過90%，一旦商業(yè)成功，有望研發(fā)出“超級芯片”，為摩爾定律“續(xù)命”。
打開“超級芯片”大門，
現(xiàn)有晶體管或被新材料取代
70年前發(fā)明的晶體管技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用在從手機、電器、汽車和超級計算機等各個領(lǐng)域。晶體管在半導(dǎo)體內(nèi)部周圍移動電子并將它們存儲為二進制信息0和1。
自20世紀(jì)80年代初以來，大多數(shù)電子產(chǎn)品都依賴于CMOS晶體管的使用。然而，CMOS操作的原理涉及由絕緣柵極控制的可開關(guān)半導(dǎo)體電導(dǎo)率，這在很大程度上是不變的，即使晶體管能被縮小到10納米的尺寸。
Nature發(fā)表的英特爾和加州大學(xué)伯克利分校的研究：超出CMOS的可伸縮邏輯技術(shù)，能夠提高馮?諾伊曼架構(gòu)的效率和性能，并在人工智能等新興計算領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)增長。
具體而言，研究人員提出一種可伸縮的自旋電子邏輯器件“MESO器件”，它通過自旋軌道轉(zhuǎn)導(dǎo)和磁電開關(guān)來工作。該裝置采用先進的量子材料，特別是相關(guān)氧化物和物質(zhì)拓?fù)錉顟B(tài)，進行集體開關(guān)和檢測。
MESO基于由鉍、鐵和氧（BiFeO 3）組成的多鐵材料組成，既有磁性又有鐵電性。
展開 北航材料學(xué)院實現(xiàn)可抵抗60特斯拉超強磁場的反鐵磁記憶器件
近年來，反鐵磁自旋電子學(xué)發(fā)展迅速，是磁性材料研究的前沿領(lǐng)域之一。相比目前用來存儲數(shù)據(jù)的硬盤所使用的鐵磁材料，利用反鐵磁材料進行信息存儲有兩大潛在優(yōu)勢：能抵抗外磁場干擾（即數(shù)據(jù)不會有“消磁”的隱患）以及數(shù)據(jù)寫入速度可以提升1000倍以上。
2019年1月7日，《Nature Nanotechnology》在線發(fā)表了北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院劉知琪教授課題組的研究成果“A Piezoelectric, Strain-Controlled Antiferromagnetic Memory Insensitive to Magnetic Fields”。該研究采用電場操控的壓電應(yīng)力對反鐵磁MnPt的自旋軸和電阻進行了非易失性調(diào)控，實現(xiàn)了可抵抗超強磁場并具有超低功耗的反鐵磁記憶器件。
反鐵磁自旋電子學(xué)的核心是如何有效操控反鐵磁材料的自旋態(tài)。前期的研究主要采用電流產(chǎn)生的自旋-軌道力矩來實現(xiàn)自旋軸的轉(zhuǎn)動，在強磁場下，電流感受到強大的洛倫茲力會產(chǎn)生偏折，從而使得數(shù)據(jù)擦/寫效果大打折扣，因此很難發(fā)揮反鐵磁材料抵抗磁場的優(yōu)勢。
劉知琪教授課題組前期發(fā)表在《Nature Electronics》上的研究使用電場產(chǎn)生的壓電應(yīng)力，實現(xiàn)了對反鐵磁材料自旋結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控 [Nature Electronics 1, 172 (2018)]。
展開 南科大劉奇航＆科羅拉多大學(xué)PRL：Kagome量子自旋液體的電子摻雜在帶隙中產(chǎn)生局域態(tài)
Zn-Cu羥基鹵化物作為kagome量子自旋液體候選材料中廣泛的電子摻雜所引起的絕緣行為的機理，即Cu-O多體具有將增加的電子定位到自陷極化子態(tài)的固有趨勢。
邊緣重建穩(wěn)定1T’-MoS2納米帶的鐵磁性及其在納米帶寬度上的周期性振蕩
【引言】
二維（2D）過渡金屬二硫化物（TMD）是一種集原子薄晶體結(jié)構(gòu)、直接帶隙、強自旋軌道耦合、穩(wěn)定且靈活的機械性能的物質(zhì)。在柔性電子、光電子、自旋電子、催化劑、壓電和能量收集的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中具有廣泛應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，二硫化鉬（MoS2）有三個晶相：2H、1T和1T'。其中，2H相是具有1.9 eV直接帶隙的半導(dǎo)體。1T相是金屬和亞穩(wěn)態(tài)的相，經(jīng)歷Mo二聚化的周期性結(jié)構(gòu)變形，可形成熱穩(wěn)定的1T'相。當(dāng)以納米帶（NR），納米團簇或納米薄片的形式制備2H-TMD時，暴露的邊緣通常表現(xiàn)出與其大塊形式不同的特性。與大多數(shù)研究的2H相相比，1T'-MoS2具有更復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵。本文采用密度泛函理論（DFT）計算來研究1T'-MoS2 NRs的Z字形邊緣的結(jié)構(gòu)重建和物理性質(zhì)。
【成果簡介】
近日，中國西安交通大學(xué)的鄧俊楷、楊森和澳大利亞的墨爾本大學(xué)的劉哲（共同通訊）作者等人，通過第一性原理計算研究，預(yù)測了1T’-MoS2納米帶的帶寬度的晶格單元奇偶數(shù)變化而引起的納米帶邊緣鐵磁性的振蕩效應(yīng)。該效應(yīng)是TMDs類二維材料中首次發(fā)現(xiàn)的新型效應(yīng)，只與納米帶的寬度有關(guān)。研究人員將此效應(yīng)命名為納米帶磁性的“magic number”，并基于此效應(yīng)設(shè)計了一種調(diào)控納米帶寬度而形成的邊緣鐵磁性交替穩(wěn)定存在的新型自旋電子學(xué)器件原型。由于邊緣鐵磁性穩(wěn)定存在的最小單位可以為原子尺度的晶格，因此這一器件原型有望用于開發(fā)和設(shè)計超高密度的磁存儲材料（器件），為TMDs二維材料的功能應(yīng)用提供了新的思路。
展開 
牛津大學(xué)今日Nature：石墨烯領(lǐng)域獲新突破！納米帶還可以這么玩
【引言】
石墨烯是碳原子的單層網(wǎng)絡(luò)，具有優(yōu)異的電子和機械性能。納米級寬度的石墨烯帶（納米帶）能夠表現(xiàn)出半金屬性和量子限制效應(yīng)。對于自旋電子學(xué)和量子計算器件來說，石墨烯納米帶的相干操作前景可觀，研究人員已經(jīng)從理論角度對其磁性邊緣進行了廣泛的研究。然而，納米帶的邊緣不能以原子精度產(chǎn)生，同時石墨烯末端化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，這兩個問題一直阻礙著研究的進展。
【成果簡介】
北京時間2018年5月31日，Nature在線發(fā)表了英國牛津大學(xué)材料系Lapo Bogani（通訊作者）團隊題為“Magnetic edge states and coherent manipulation of graphene nanoribbons”的文章，通過穩(wěn)定的自旋軸承基團功能化分子石墨烯納米帶，研究解決了其研究進程中的兩大問題。實驗觀察到預(yù)測的非局域磁邊緣狀態(tài)，并測試了自旋動力學(xué)和自旋-環(huán)境相互作用的理論模型。與非石墨化的參考材料相比，能夠清楚地識別自由基功能化石墨烯納米帶的特征行為。研究量化了自旋軌道耦合的參數(shù)，定義了相互作用模式，并確定了自旋退相干通道。即使沒有任何優(yōu)化，自旋相干時間能夠在室溫下的微秒范圍內(nèi)，實現(xiàn)邊緣和自由基自旋之間的量子反演操作。該課題提供了一種在石墨烯納米帶實驗中測試磁性理論的方法。研究觀察到的相干時間開辟了在量子自旋電子器件中使用磁性納米帶的新里程碑。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1. 功能化的石墨烯納米帶
圖2. 靜態(tài)光譜和磁性相互作用路徑
圖3. 自旋晶格弛豫和自旋相干時間
圖4.
展開 基于lumerical fdtd的六邊形狹縫生成斯格明子
該成果可為磁信息存儲、自旋電子學(xué)等領(lǐng)域的拓?fù)涔庾悠骷邪l(fā)，提供可靠的仿真支撐與技術(shù)參考。
最后，有相關(guān)需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)。
npj: 2D碳基Dirac材料的設(shè)計—基于sp-sp2碳層狀材料的原子模擬
石墨烯因具有自旋軌道耦合（SOC），也首次被確定為量子自旋霍爾（QSH）絕緣體，它能在狄拉克點處打開帶隙。這一發(fā)現(xiàn)給人以新的啟發(fā)，即研究石墨烯QSH效應(yīng)有可能實現(xiàn)其在量子計算和自旋電子學(xué)方面的應(yīng)用。盡管人們已在HgTe量子阱中觀察到了QSH效應(yīng)，但由于石墨烯的SOC強度太小（~1μeV），無法在實驗可實現(xiàn)的溫度范圍內(nèi)誘導(dǎo)出拓?fù)浣^緣體相。
來自韓國建國大學(xué)的Hoonkyung Lee領(lǐng)導(dǎo)的研究小組利用原子模擬進行了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)搜索和幾何優(yōu)化，以探索和設(shè)計能夠容納量子自旋霍爾相的原子級層狀碳材料（2D材料）。從二維sp2-sp2雜化網(wǎng)絡(luò)開始，原子模擬提供了31個碳層，這些碳層都具有各種類型無質(zhì)量的狄拉克錐，同時包括各向同性或各向異性的狄拉克錐，以及共存的具有不同各向異性的不對稱狄拉克錐。此外，他們還發(fā)現(xiàn)了21個沒有自旋軌道耦合的狄拉克費米子系統(tǒng)，其中的19個有可能成為量子自旋霍爾絕緣體，卻具有相當(dāng)大的自旋軌道耦合。這些結(jié)果表明利用第一性原理可以預(yù)測各種無質(zhì)量狄拉克錐的碳基系統(tǒng)，同時也為揭示二維材料中實現(xiàn)狄拉克錐提供了可行路線。
該文近期發(fā)表于npj Computational Materials 4: 54 (2018)，英文標(biāo)題與摘要如下，點擊左下角“閱讀原文”可以自由獲取論文PDF。
展開 中科院展示基于手性TADF發(fā)光材料，開發(fā)高效率圓偏振光的OLED器件
實際上，基于OLED的CPEL （圓偏振電致發(fā)光，Circularly Polarized Electro-Luminescence）因其可以直接高效地產(chǎn)生圓偏振光而一直受到人們的關(guān)注，這種技術(shù)在3D顯示、光學(xué)數(shù)據(jù)存儲和光學(xué)自旋電子學(xué)等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的潛力。
圖1展示了中國科學(xué)院化學(xué)研究所的研究人員用來展示高效圓偏振OLED用手性熱激活延遲熒光(TADF)活性聚合物的供體-受體共聚策略。研究人員報告說，他們在這項研究中首次檢測到由手性TADF活性聚合物所制成圓偏振OLED發(fā)出的圓偏振光。該圖摘自德國應(yīng)用化學(xué)期刊雜志
自2018年陳傳峰團隊首次報道基于TADF材料CP-OLED以來，TADF材料已被用于CP-OLED以實現(xiàn)高效CPEL。這種材料一直被業(yè)界認(rèn)為是OLED領(lǐng)域“第三代”發(fā)光材料，因為這種高效發(fā)光材料可以通過能級上的反向系統(tǒng)間交叉過程（RISC，Reverse Intersystem Crossing Process）同時利用單線態(tài)和三線態(tài)激子，這里的RISC是能量從激發(fā)三重態(tài)轉(zhuǎn)移回單重態(tài)的光物理過程。
研究人員表示，鑒于上述原因，基于TADF發(fā)光材料的OLED理論上可以實現(xiàn)100%的內(nèi)量子效率(IQE)。在光電探測器中，IQE指光子入射到光敏器件表面時，所產(chǎn)生電子數(shù)量和被吸收光子數(shù)量之間的比例。
據(jù)介紹，該研究團隊采用手性供體-受體（D*-A）共聚策略，設(shè)計并合成了兩對手性TADF聚合物，并基于此制造了一種可以發(fā)出圓偏振光的OLED器件。這里的手性供體部分是供體分子的一部分，也是另一分子的一部分，具有剛性的三苯乙烯支架結(jié)構(gòu)。這種支架結(jié)構(gòu)可以形成手性性質(zhì)，同時避免聚合物骨架形成共軛。
另一方面，研究人員使用二苯甲酮二苯砜單元和二苯甲酮單元作為受體部分來制備聚合物對。
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