磁热电器件制造技术

本实用新型专利技术涉及磁性器件，公开了一种磁热电器件。在本实用新型专利技术中，磁热电器件由磁性电极和石墨烯层或类石墨烯层构成，可以在温度梯度下产生高自旋极化流和通过电极的磁化方向来调控该器件的自旋流，并且不会产生大量的热耗。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及磁性器件，特别涉及磁热电器件。
技术介绍
19世纪发现塞贝克效应(Seebeckeffect)以来，科学家主要都是集中在电荷塞贝克效应的研究和应用上。所谓的热电效应就是在没有外界电场的情况下，物体中的电子或空穴随着温度梯度由高温区向低温区移动时产生电流的一种现象。这个效应主要用赛贝克系数(Seebeckcoefficient)来表征，其表达式为其中ΔT为两电极之间的温度差，ΔV为温度差引起的电势差。比如：我们日常生活中用到的热偶器件就是利用电荷热电效应的原理制成的。但是，本专利技术的专利技术人发现，随着器件尺寸的减小，电荷输运过程中产生的焦耳热越来越成为一个不可忽视的问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种磁热电器件，能够在温度梯度下产生高自旋极化流并且不会产生大量的热耗。为解决上述技术问题，本技术的实施方式公开了一种磁热电器件，磁热电器件包括非磁性衬底、石墨烯层或类石墨烯层、第一磁性电极、第二磁性电极和掺杂区；石墨烯层或类石墨烯层位于非磁性衬底的表面上；第一磁性电极和第二磁性电极分别位于石墨烯层或类石墨烯层表面上的两端；掺杂区位于第一磁性电极与第二磁性电极之间的石墨烯层或类石墨烯层中。本技术实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：在本技术中，磁热电器件由磁性电极和石墨烯层或类石墨层构成，可以在温度梯度下产生高自旋极化流和通过电极的磁化方向来调控该器件的自旋流，并且不会产生大量的热耗。附图说明图1是本技术第一实施方式中一种磁热电器件的结构示意图。具体实施方式在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的实施方式作进一步地详细描述。本专利技术的专利技术人发现，自旋极化器件在运行的同时不会有大量的热耗，利用温度梯度产生自旋流将对研发高效、小型、节能的微型芯片以及自旋电子设备具有深远的意义。也为热电自旋电流发生器和磁性制冷设备的研制提供了令人振奋的新契机。本技术第一实施方式涉及一种磁热电器件。图1是该磁热电器件的结构示意图。如图1所示，该磁热电器件包括非磁性衬底1、石墨烯层或类石墨烯层2、第一磁性电极3、第二磁性电极4和掺杂区5。石墨烯层或类石墨烯层2位于非磁性衬底1的表面上。类石墨烯层可以选自于石墨炔(Chem.Commun.46,3256,(2010))、硅烯(NanoLett.12,3507(2012))、锡烯(NatureMaterials14,1020,(2015))，锗烯(AdvancedMaterials26,4820,(2014))和二硫化钼(Phys.Rev.Lett.105,136805(2010))中的一种，这些材料已在上述论文中公开，是与石墨烯结构类似的两维已知材料。非磁性衬底的材料选择依赖于类石墨烯层的材料选择，可以为碳化硅。第一磁性电极3和第二磁性电极4分别位于石墨烯层或类石墨烯层2表面上的两端。第一磁性电极和第二磁性电极为铁磁材料，可以选自于铁，钴，镍及其合金中的一种，并且第一磁性电极和第二磁性电极的磁化方向可以相同，也可以相反。掺杂区5位于第一磁性电极3与第二磁性电极4之间的石墨烯层或类石墨烯层2中。上述掺杂区可以为N型掺杂区，也可以为P型掺杂区(AdvancedMaterials21,4726，(2009)，J.Mater.Chem.C1,2735(2013)，Phys.Chem.Chem.Phys.16,15968(2014))，在石墨烯层或类石墨烯层中进行N型或P型掺杂(例如掺氮元素或磷元素)已在上述论文中公开，掺杂后的材料为已知材料。在操作时，当两个电极的磁化方向相同时，自旋赛贝克系数(SS)和电荷赛贝克系数(SC)随温度的变化都比较小，即在温度梯度下，器件中电荷流和自旋流都很小；当两个电极的磁化方向相反时，自旋赛贝克系数(SS)要远大于电荷赛贝克系数(SC)，出现较高的自旋极化，即在温度梯度下，器件中会出现较高的自旋极化流。这样，可以通过磁场来控制器件中自旋流的有无。电荷塞贝克系数SC和自旋塞贝克系数SS的定义分别为SC＝(S↑+S↓)/2和SS＝(S↑-S↓)/2其中S↑和S↓分别为上自旋和下自旋的塞贝克系数。由上可以看到，当两个电极的磁化方向在平行和反平行两种构型下相互切换时，即能够实现一种自旋热电的开关器件。上述磁热电器件可以应用于温度传感器、热电自旋电流发生器等磁性器件中。在本技术中，磁热电器件由磁性电极和石墨烯层或类石墨层构成，可以在温度梯度下产生高自旋极化流和通过电极的磁化方向来调控该器件的自旋流，并且不会产生大量的热耗。需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。虽然通过参照本技术的某些优选实施方式，已经对本技术进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本技术的精神和范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁热电器件，其特征在于，所述磁热电器件包括非磁性衬底(1)、石墨烯层或类石墨烯层(2)、第一磁性电极(3)、第二磁性电极(4)和掺杂区(5)；所述石墨烯层或类石墨烯层(2)位于所述非磁性衬底(1)的表面上；所述第一磁性电极(3)和所述第二磁性电极(4)分别位于所述石墨烯层或类石墨烯层(2)表面上的两端；所述掺杂区(5)位于所述第一磁性电极(3)与所述第二磁性电极(4)之间的石墨烯层或类石墨烯层(2)中。

【技术特征摘要】
1.一种磁热电器件，其特征在于，所述磁热电器件包括非磁性衬底(1)、石墨烯层或类石墨烯层(2)、第一磁性电极(3)、第二磁性电极(4)和掺杂区(5)；所述石墨烯层或类石墨烯层(2)位于所述非磁性衬底(1)的表面上；所述第一磁性电极(3)和所述第二磁性电极(4)分别位于所述石墨烯层或类石墨烯层(2)表面上的两端；所述掺杂区(5)位于所述第一磁性电极(3)与所述第二磁性电极(4)之间的石墨烯层或类石墨烯层(2)中。2.根据权利要求1所述的磁热电器件，其特征在于，所述第一磁性电极(3)和第二磁性电极(4)选自于铁，钴，镍及其合金中的一种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：鸿之微科技上海有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31