纳米磁晶与ZnCoO外延薄膜系统中自旋与电荷相互作用机制及其应用的研究

本项目将深入探讨关于纳米磁晶与ZnCoO外延薄膜系统中自旋与电荷之间相互作用机制及相关半导体自旋电子器件的研究。内容包括高质量的纳米磁晶与ZnCoO外延薄膜系统的制备与优化；微结构与磁电光等性能的表征及其外磁电光多场对其性能的调控；建立包含各种纳米磁晶分布及具有不同导电率的ZnCoO外延薄膜体系中自旋与电荷的输运、交换、积累、弛豫的关联图；定性或者定量的揭示该体系中自旋与电荷之间相互关联、相互传递、相互影响的基本途径与物理机制；以纳米磁晶与ZnCoO外延薄膜体系为基的自旋电子器件的制备工艺及性能测试。项目方向属于半导体材料科学中的新概念、新现象与纳米尺度下新型自旋电子器件应用的交叉和融合，有利于推动当今纳米技术在低维生长控制、微观形貌结构检测、弱光电磁等物性测试方面的快速发展，同时对于促进自旋学物理研究和应用相关衍生的新物理现象与原理开发新型电子器件的研究领域都具有重要的科研价值。

本项目基于半导体自旋电子材料与自旋电子器件中自旋退相干时间长、能耗低、存储不挥发性等优势，结合纳米磁晶和界面工程调制半导体内部载流子的自旋与电荷的相互作用，针对半导体中自旋电子的产生与自旋输运特性的关键问题，利用铁磁金属/半导体异质结构调制载流子自旋耦合关联特性，系统探讨了以ZnCoO宽禁带半导体为基的异质结构自旋材料体系，及相关自旋电子器件的制备工艺与性能检测。主要研究内容与成果包括：高质量纳米磁晶/ZnCoO异质结的制备工艺及相关结构物性表征；通过微结构与光电磁等物性的检测和理论模型分析，定性地揭示了该体系中界面效应对自旋与电荷之间耦合特性影响的物理机制；建立了ZnCoO宽禁带半导体中双带自旋输运模型；提出了纳米磁晶之间的耦合强度对半导体内部自旋输运有重要的影响作用；建立了纳米磁晶分布及具有不同导电率ZnCoO外延薄膜体系中自旋与电荷的输运、交换、积累、弛豫的关联图；通过在铁磁金属/半导体异质引入低维材料界面，利用低维材料中特殊的自旋-轨道耦合特性及强的层间作用力，有效调制半导体中载流子与自旋之间的耦合作用及自旋输运，有效调控了Co离子的电子态，获得了短程自旋有序的ZnCoO异质结构体系。