一种基于石墨烯的自旋流整流器制造技术

本发明专利技术属于自旋流电子技术领域，提供了一种基于石墨烯的自旋流整流器，包括石墨烯层1和磁化层2，石墨烯层1由两侧的石墨烯纳米带11和连接两侧石墨烯纳米带11的连接链12组成；石墨烯纳米带11为单层碳原子层，连接链12为对应的碳原子直线单链；单层碳原子层包括n条横向排布的碳原子链，连接链12的两端连接于两端的n条碳原子链的横向中轴上；磁化层2位于两侧石墨烯纳米带11外端上方，用于将两侧的石墨烯纳米带11朝外的两端磁化为相反的方向，形成两端的第一电极111和第二电极112。本发明专利技术提供的自旋流整流器，将电路中的自旋流限定在一个方向，并在正负全偏压范围都有效，是制作直自旋流源的基本部件，其简单小巧，大幅简化现有复杂的整流电路。杂的整流电路。杂的整流电路。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯的自旋流整流器


[0001]本专利技术涉及自旋流整流器
，尤其涉及一种基于石墨烯的自旋流整流器。

技术介绍

[0002]石墨烯作为第一种二维材料被发现以来，因石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。同时石墨烯具有电导率高，热导性能好的优点，且还具有高硬度和高强度的物理和化学性质，使其在电子器件，作为性质优异的新型材料也被广泛应用于各种电子器件，有望在许多电子器件制作方面取代目前以硅为代表的三维半导体材料。
[0003]在电子器件的应用中，利用石墨烯锯齿型纳米带的半导体性质和边缘磁性制作自旋量子器件，以实现替代现有电子器件的各种材料，首先需要设计开发出能完成现有基本功能的石墨烯器件。
[0004]目前还没有能实现正反偏压都直接输出相同方向自旋流的整流器件。目前的自旋流整流功能可以通过结合自旋阀和普通二极管来实现，但只能沿一个偏压方向输出同方向的自旋流，而反向偏压时自旋流为零。这样能量将损失一半。实现正反偏压都输出则需要结合自旋阀和整流桥来实现，而这样导致电路复杂和体积较大。

技术实现思路

[0005]为了克服以上技术问题，本专利技术目的是提供一种基于石墨烯的自旋流整流器，其利用石墨烯纳米带和碳原子链结合，实现自旋流整流功能，其采用结构对称的锯齿型石墨烯纳米带材料，也就是宽度数n为偶数，n为纳米带中锯齿型碳链的数目，其中间的连接链的碳原子链需要连接到纳米带的中间轴上，其体积较小，自带自旋流整流功能，使得外部电路连接较为简单。
[0006]本专利技术提供了一种基于石墨烯的自旋流整流器，其包括石墨烯层(1)和磁化层(2)，所述石墨烯层(1)由两侧的石墨烯纳米带(11)和连接两侧石墨烯纳米带(11)的连接链(12)组成；所述石墨烯纳米带(11)为单层碳原子层，所述连接链(12)为对应的碳原子直线单链；所述单层碳原子层包括n条横向排布的碳原子链，所述n为大于等于4，且小于等于100的偶数，所述连接链(12)的两端连接于两端的n条碳原子链的横向中轴上；所述磁化层(2)位于两侧所述石墨烯纳米带(11)外端上方，用于将两侧的所述石墨烯纳米带(11)朝外的两端磁化为相反的方向，形成两端的第一电极(111)和第二电极(112)。
[0007]根据一些实施方式，其还包括设于所述石墨烯层(1)下方的绝缘层(3)。
[0008]根据一些实施方式，所述连接链(12)的左右端的碳原子分别与对应的一侧的所述石墨烯纳米带(11)的中间部位的两条锯齿型碳链的两个碳原子相连，形成两个两侧对称的等腰三角形。
[0009]根据一些实施方式，制成所述磁化层(2)的材料选自铁磁金属。
[0010]根据一些实施方式，所述第一电极(111)和所述第二电极(112)之间为中间通道
(113)，所述中间通道(113)隔离所述第一电极(111)和所述第二电极(112)。
[0011]在上述实施方式中，中间通道的作用是利用自身材料和结构的特殊性，能根据电子的流动方向选择性地允许相应自旋方向的电子通过，实现器件中自旋流方向不变的功能，不能被导电材料覆盖。
[0012]根据一些实施方式，所述石墨烯纳米带(11)的通长方向两侧边缘为锯齿型。
[0013]相比于现有技术，本专利技术具备以下有益效果：
[0014]本专利技术提供的自旋流整流器具有自旋流整流功能，其将电路中的自旋流限定在一个方向上，并在正负全偏压范围都有效，且不受偏压方向限制，是制作直流自旋流源的基本部件。直自旋流源指的是能输出恒定方向自旋流的设备，将自旋流整流器接入任意电流源电路内，通过自旋流整流器的自旋流方向不变，因此该器件具有将交流或直流电流源转换为直流自旋流的功能，其形成了直流自旋流源。
[0015]本专利技术提供的自旋流整流器结构简单且体积小巧，以该自旋流整流器为基础制作的直自旋流源能大幅减化现有技术中为实现自旋流功能需要的复杂的包含自旋阀和整流桥电路系统，促进自旋流电子器件在电子领域的应用扩展。
附图说明
[0016]图1为根据本专利技术的实施例，具有绝缘层的基于石墨烯的自旋流整流器的结构示意图。
[0017]图2为根据本专利技术的实施例，基于石墨烯的自旋流整流器的石墨烯层示意图。
[0018]图3为根据本专利技术的实施例，将基于石墨烯的自旋流整流器连接到正偏压外电路的电路示意图。
[0019]图4为根据本专利技术的实施例，将基于石墨烯的自旋流整流器连接到负偏压外电路的电路示意图。
[0020]图5为根据本专利技术的实施例，在不同的偏压情况下，基于石墨烯的自旋流整流器中的上自旋电子与下自旋电子对电流的贡献随偏压的变化图。
[0021]图6为根据本专利技术的实施例，通过基于石墨烯的自旋流整流器总电流和自旋流随偏压的变化图。
[0022]图7为根据本专利技术的实施例，通过基于石墨烯的自旋流整流器在不同偏压下的自旋流整流率的曲线对比图。
[0023]附图中标号为：
[0024]1、石墨烯层；2、磁化层；3、绝缘层；11、石墨烯纳米带；12、连接链；111、第一电极；112、第二电极；113、中间通道。
具体实施方式
[0025]以下结合实施例和附图对本专利技术进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本专利技术进行示例性的描述，而并不能对本专利技术的保护范围构成任何限制。所有包含在本专利技术的专利技术宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本专利技术的保护范围。
[0026]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”，“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关
系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0027]下面结合附图对本专利技术进行进一步说明。
[0028]如图1和图2所示实施例，基于石墨烯的自旋流整流器的主体为石墨烯层1，石墨烯层1包括左右两侧对称的石墨烯纳米带11和连接两侧石墨烯纳米带11的连接链12，通过2个碳
‑
碳化学键将连接链12的两端分别连接于两侧的石墨烯纳米带11。磁化层2用于控制自流旋整流器的两个电极的磁化方向，具体是在两侧的石墨烯纳米带11的朝外的左右两端的上方沉积一层铁磁金属层，用于保证电极的铁磁性和两侧电极磁化方向相反，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的自旋流整流器，其包括石墨烯层(1)和磁化层(2)，所述石墨烯层(1)由两侧的石墨烯纳米带(11)和连接两侧石墨烯纳米带(11)的连接链(12)组成；所述石墨烯纳米带(11)为单层碳原子层，连接链(12)为对应的碳原子直线单链；所述单层碳原子层包括n条横向排布的碳原子链，所述n为大于等于4且小于等于100的偶数，所述连接链(12)的两端连接于两端的n条碳原子链的横向中轴上；所述磁化层(2)位于两侧所述石墨烯纳米带(11)外端上方，用于将两侧所述石墨烯纳米带(11)朝外的两端磁化为相反的磁化方向，形成两端的第一电极(111)和第二电极(112)。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的自旋流整流器，其特征在于，其还包括设于所述石墨烯层(1)下方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪峰，董尧君，陈竞哲，谢稳泽，柳傲蕾，刘喻舟，王蕾，龚梓斌，
申请(专利权)人：苏州复数智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：