二维CrSe2/WSe2及CrSe2/Janus WSSe异质结的谷极化研究

作     者：朱洪洲 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黎博;万欣

授予年度：2023年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：二维层状磁性材料 Janus材料 可控制备 范德华异质结 磁近邻效应 自旋/能谷调控 

摘      要：二维范德华材料具有原子级厚度和无悬挂键的表面,在电子、光电、磁学等领域具有重要的应用。二维过渡金属硫族化合物（TMDs）具有天然的时间反演对称性破缺以及强自旋-轨道耦合作用,从而赋予了其可以被检测的能谷信息。通过独特的制备方法,可以获得上下表面原子不同的人造二维TMDs Janus结构,具备更多新奇的特性,引起了人们的广泛关注。 二维TMDs可以突破晶格失配度的限制,与二维磁性材料构成具有高质量界面的范德华异质结,成为研究二维自旋/谷电子学的理想平台,拥有广阔的应用前景。当前对于二维TMDs/磁性材料的谷极化研究较少,对于其中的复杂机理有待进一步的研究。 基于此,本文着眼于二维层状磁性材料Cr Se与新型人造材料Janus WSSe的可控制备,以二维层状磁性材料Cr Se为磁性衬底,分别与WSe和Janus WSSe组成范德华垂直异质结,通过磁邻近效应操控自旋/能谷。主要研究成果如下: 1.通过改进的化学气相沉积（CVD）法,在KCl的辅助下,利用Cr Cl和Se粉末作为稳定的前驱体,直接在硅片衬底上合成一系列不同厚度的层状磁性Cr Se纳米片,通过一系列结构和磁性表征,证实了所制备的Cr Se纳米片具有高结晶性、二维磁性和空气环境中的稳定性等特性。 2.通过干法转移法构筑出高质量的范德华垂直异质结Cr Se/WSe,并对其进行高真空退火以加强界面耦合程度。在Cr Se居里温度以下,基于该异质结在Cr Se纳米片的界面处的磁近邻作用实现了对上层WSe中自旋和谷极化的调控,并进行了深入分析,证明了该方法操控自旋/能谷的可靠性以及有效性。 3.采用课题组自行搭建的等离子体系统,严格控制各项实验条件,将物理气相沉积法生长的WSe纳米片进行顶层原子取代,对产物进行拉曼光谱与光致发光光谱的表征,证实获得纳米片为Janus WSSe。进一步利用干法转移法制备了Cr Se/BN/WSe异质结,然后将其硫化和高真空退火处理后构筑出高质量的范德华垂直异质结Cr Se/BN/WSSe。探究了该异质结在Cr Se纳米片的界面处的磁近邻作用,打破单层WSSe的谷简并性,提高激子谷极化度,表明了该方法操控自旋/能谷的可靠性以及有效性。