[发明专利]一种局域压应变控制的范德华自旋阀结构单元、器件及控制方法

说明书

本发明公开了一种局域压应变控制的范德华自旋阀结构单元，包括在基底上形成第一GeC层、形成CrS₂层并调控，形成第二GeC层后施加磁场进行初始磁化，再施加局域垂直压应变得到范德华自旋阀结构单元；本发明公开了一种包括两个以上并联的范德华自旋阀结构单元组成的自旋阀器件；本发明还公开了对自旋阀器件的控制方法：对自旋阀器件施加外磁场并输入电流，通过改变外磁场施加方向调节范德华自旋阀结构单元自旋状态，获取调节输出信号。本发明通过局域压应变调控CrS₂相变，得到受磁性转变作用的范德华自旋阀结构单元，免除了不同性质不同材料的匹配问题；本发明的自旋阀器件结构与控制方法简单，实现了逻辑运算且便于能耗管理。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种局域压应变控制的范德华自旋阀结构单元、器件及控制方法。

背景技术

自旋阀是自旋电子学器件的基本单元及重要实际应用。根据不同的物理机制和工作原理，自旋阀可以分为基于巨磁电阻(GMR)效应和隧道磁电阻(TMR)效应两种器件。两种自旋阀的基本结构均为：反铁磁层/铁磁层/非磁层/铁磁层(AFM/FM/NM/FM)。所不同的是，在GMR中非磁层为金属性材料，而TMR中则为非磁性半导体材料，依靠隧道效应，依然可以实现对电子的导通。自旋阀工作中，在外磁场下，反铁磁层对邻近的铁磁层有钉扎作用，该铁磁层不受外磁场影响，而远离反铁磁层的铁磁层则作为自由层，磁化方向随外磁场改变。两铁磁层磁化方向相同时，自旋流可以通过，磁化方向相反时，自旋流无法导通。上述两种状态可定义为逻辑信号“0”和“1”。随着社会及科技的发展，海量的数据对存储数据密度要求越来越高，同时也对读写磁头提出更高的要求。为了满足应用要求，需要研制低饱和场、稳定性好、GMR/TMR效应大、运行效率高的自旋阀器件。为了实现上述目的，研究人员开始了对各层选材以及器件结构优化的深入研究。然而，目前制备自旋阀均是将不同材料进行复合，利用不同材料的性质进行工作。这种器件在制备和使用过程中会带来许多困扰，如制备过程中需要考虑不同材料晶体结构之间的是否匹配，不同材料界面处是否存在较高的肖特基势垒等。单一材料不同相构成的异质结会极大的避免这些问题，但这要求对材料进行有效的相结构和性能调控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种局域压应变控制的范德华自旋阀结构单元。本发明基于CrS₂与GeC复合形成范德华异质结，通过局域压应变调控CrS₂相变，得到受磁性转变作用的范德华自旋阀结构单元，免除了不同性质不同材料的匹配问题，简化了结构，且制备工艺更为简单。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种局域压应变控制的范德华自旋阀结构单元，其特征在于，包括基底，以及从下至上依次设置在基底上的第一GeC层，CrS₂层和第二GeC层，该范德华自旋阀结构单元由包括以下步骤的方法制备得到：

步骤一、在基底上生长形成第一GeC层；

步骤二、在步骤一中形成的第一GeC层上生长形成CrS₂层；

步骤三、在步骤二中形成的CrS₂层中调控，形成1T'相/2H相/1T'相的横向异质结；

步骤四、在步骤三中经调控后的CrS₂层上生长形成第二GeC层，形成范德华异质结；

步骤五、向步骤三中形成的范德华异质结上施加磁场进行初始磁化，将横向异质结的1T'相区域均调控为统一的磁化方向，得到初始磁化的范德华异质结；

步骤六、对步骤一中初始磁化的范德华异质结的一端1T'相区域的边缘施加局域垂直压应变，使得压应变区域中的1T'相转变为1T相，形成1T相/1T'相/2H相/1T'相的横向异质结，得到范德华自旋阀结构单元。