基于石墨烯和石墨烯纳米带的自旋阀器件

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1、中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文作者姓名：陵鹏指导教师：盟丕霞砑究员虫国抖堂院物理婴究压学位类别：工程亟±学科专业：挝料王程研究所：虫国科堂院物理研究压2013年5月0IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIY2381919PengChenSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegree

2、ofMasterofEngineeringInstituteofphysics，ChineseAcademyofSciences，Beijing,ChinaMay,2013摘要石墨烯作为自旋电子学材料的新成员，由于其具有宏观尺度的自旋扩散长度，高的载流子迁移率，门电压可调，易于集成大规模的自旋电子器件等优点而受到自旋电子学领域的极大关注，并被认为是比半导体和金属更好的自旋电子学材料。zigzag边缘的石墨烯纳米结构具有新奇的磁学性质。基于其磁学性质理论上提出了一系列基于zigzag石墨烯纳米结构的自旋电

3、子器件。受此激励，本文从实验上加工了基于大块石墨烯和石墨烯纳米带的局域自旋阀器件，并对其器件特性进行了初步探索和研究，得到了以下结果。1．采用电子束蒸发的方法在大块石墨烯和铁磁性电极之间沉积了MgO隧穿层，解决了石墨烯与铁磁性电极之间的电导失配的问题，成功实现了石墨烯中自旋的注入。但是由于MgO容易在石墨烯表面扩散，MgO隧穿层的质量不高，在上面出现了一些细孔，使得自旋的注入效率有限，只在石墨烯白旋阀器件中得到了0．5％的磁电阻。2．利用氢等离子体刻蚀技术，N-v了zigzag边缘的石墨烯纳米带并加工了

4、基于石墨烯纳米带的自旋阀器件。在低温下对器件进行了磁输运的测量，观察到了大约一5％的磁阻，是我们加工的大块石墨烯自旋阀器件磁阻的10倍，与其他组在大块石墨烯自旋阀器件中观察到的最大值(1％-10％)接近。另外，该器件中Co电极磁矩向下的平行态并不稳定，其原因需要迸一步的研究。关键词：石墨烯，zigzag石墨烯纳米结构，自旋电子学，白旋阀，磁阻AbstractAsanewmemberofmaterialsusedinspintronics——Graphenehasdrawnlotsattentions，d

5、uetothemacroscopicspindiffusionlength，highchargecarriermobility，gatetunability，easyforimplementationoflargescalespintroniclogiccircuits．Zigzagedgegraphenenanostructureshavesomenovelmagneticproperties．Basedonthose，manynovelspintronicdeviceshavebeenpropose

6、dintheory．Triggeredbythetermsmentionedabove，wefabricatedspinvalvedevicesbasedonbothgraphenesheetandgraphenenanoribbon．andthedevicepropertieswerecharacterizedasbelows．1．Forsheetgraphene，toovercometheconductancemismatchbetweenferromagneticelectrodeandgraph

7、ene，weevaporated2nmMgObetweengrapheneandCoelectrode．Andwesuccessfullyinjectedthespincurrentintographene．ButduetothediffusionofMgOongraphene，thequalityofMgOtunnelbarrierisnotverygoodandsomepinholesareformed．Itlimitstheefficiencyofspininjectionofthedevices

8、，whichexhibitonlyO．5％MR．2．Utilizingthehydrogenplasmaetchingtechnique，wefabricatedzigzaggraphenenanoribbon(ZGNR)，andfabricatedthelocalspinvalvedevicebasedonZGNR．ThenwestudiedthemagnetotransportpropertiesofZGNRspinvalvedevic