氯化铬二维磁性的表征、调控与器件应用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11904226
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2007.磁学及自旋电子学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The recently discovered two-dimensional (2D) ferromagnetism in layered van der Waals (vdW) crystals has created new opportunities for exploring 2D magnetism and novel functional devices. So far, most of the reported 2D magnetic materials possess out-of-plane anisotropy with the spin orientation perpendicular to the layer, which limits both the observation of many interesting quantum mechanical phenomena and some magnetic device applications. Layered magnetic insulator CrCl3 with in-plane magnetization is expected to solve this problem, but the experimental study of the atomically thin CrCl3 still remains elusive. Recently, we have established the magnetic structure of the 2D magnet CrI3 and fabricated magnetic tunnel junction (MTJ) devices with extremely large magnetoresistance accordingly. We next prepared the MTJ device based on bilayer CrCl3 and get some preliminary results about its magnetic properties. In this project, we propose to use the magneto-transport technique to systematically explore the magnetic structure and phase transitions of 2D CrCl3, realizing the control of its magnetization with the magnetic field, the electric field and/or the light illumination. We will fabricate 2D heterostructures with CrCl3 to explore the proximity effect induced interaction between the in-plane magnetization and the superconductivity, the topological surface state and so on, revealing new physics and new phenomena at the interface. We will design and engineer novel magneto-electronic devices based on CrCl3, such as the MTJ and the spin transfer torque devices. We aim to achieve low power-consumption, tunable and integrated devices and provide fundamental support for applications.
层状范德华晶体中观测到的二维铁磁性为低维磁性的研究与磁电器件的开发提供了新的机遇。已知的二维磁性材料大都具有面外磁各向异性,其磁化垂直于层面,限制了很多新奇量子现象的观测与器件应用。二维材料三氯化铬(CrCl3)具有面内铁磁极化,有望解决这一问题,然而关于原子级别厚度CrCl3磁性的研究还鲜有报道。申请人曾系统表征二维磁性材料三碘化铬(CrI3)的磁结构,并据此制备了高性能磁隧道结器件。最近,申请人又首次制备了基于双层CrCl3的磁隧道结,初步探索了其磁学特性。本项目拟通过电输运测量技术等,系统研究二维CrCl3的磁结构、磁相变等性质,实现磁场、电场等对其磁化的调控;制备CrCl3二维异质结结构,探索面内二维铁磁性通过近邻效应与拓扑表面态、超导态等的相互作用,发现新物理、新现象;设计基于CrCl3的磁隧道结、自旋转矩存储单元等低功耗、易调控的磁电子器件,为实际应用提供原理性支持。

结项摘要

层状范德华晶体中观测到的二维铁磁性为低维磁性的研究与高性能自旋电子器件的开发提供了新的机遇。已知的二维磁性材料大都具有面外磁各向异性,其磁化垂直于层面,限制了很多新奇量子现象的观测与器件应用。三氯化铬(CrCl3)具有面内铁磁极化,有望解决这一问题,然而关于原子级别厚度CrCl3及相关异质结的研究还鲜有报道。本项目针对CrCl3及与之相关的低维量子材料和异质结结构,从以下几个方面展开研究:1.二维CrCl3的磁学特性表征与调控;2.基于CrCl3等二维磁性材料的异质结制备与界面效应观测;3.基于CrCl3等新型二维量子材料及其异质结构的原型电子器件构筑。通过低温量子输运、显微光电响应等实验技术,结合理论分析与计算,项目取得了以下主要成果:1.构筑了基于少层CrCl3的隧穿异质结,观测到其中存在的自旋过滤效应,并通过隧穿电流的测量表征了少层CrCl3的磁结构、磁相变,尤其是实现了对少层CrCl3面内磁各向异性的有效观测;2.构筑了基于少层CrCl3、CrI3等新型范德华磁性材料的自旋过滤磁隧道结原型器件,其磁阻率等主要性能参数相比传统磁隧道结器件获得大幅提升;3.利用CrCl3、Cr5Te8等低维磁性材料与其它范德华量子材料构筑了多种磁性异质结,并成功制备了一种二维磁性摩尔超晶格结构,为后续利用超晶格对异质结界面自旋极化电子的能带和量子态等进行人工调控提供了可能;4.制备了基于二维超导材料NbSe2的新型光探测原型器件,其在可见光波段的响应率可达42.3A/W,并进一步构筑了NbSe2-石墨烯、NbSe2-二维磁性材料-石墨烯等二维异质结光探测器,实现栅极电压对超导光电流的调控。通过项目实施,在包括ACS Nano等权威期刊发表受本项目资助的SCI论文3篇,公布发明专利1项,培养毕业研究生1名,在读研究生5名。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Multiple mechanisms of the low temperature photoresponse in niobium diselenide
二硒化铌低温光响应的多种机制
  • DOI:
    10.1063/5.0073605
  • 发表时间:
    2021-11-29
  • 期刊:
    APPLIED PHYSICS LETTERS
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Jin, Yunmin;Ji, Zijie;Cai, Xinghan
  • 通讯作者:
    Cai, Xinghan
Controlled Synthesis of a Two-Dimensional Non-van der Waals Ferromagnet toward a Magnetic Moiré Superlattice
二维非范德华铁磁体的磁性莫尔超晶格的受控合成
  • DOI:
    10.1021/acsnano.1c11018
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    ACS Nano
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Zhitong Jin;Zijie Ji;Yunlei Zhong;Yunmin Jin;Xianyu Hu;Xingxing Zhang;Lijing Zhu;Xianhui Huang;Tao Li;Xinghan Cai;Lin Zhou
  • 通讯作者:
    Lin Zhou

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其他文献

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低维磁性拓扑异质结的物性多场调控与自旋电子器件设计
  • 批准号:
    92064013
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    80 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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