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高速、低能耗自旋电子学中的一颗新星:具有单自旋狄拉克态的YN2单层

费米能级附近的线性狄拉克态让石墨烯拥有诸多的奇异性质,并使它享誉了“新材料之王”的美称。然而,本征石墨烯的线性Dirac态是自旋简并的,难以在自旋电子学领域一展拳脚。面对这一挑战,2008年澳大利亚伍伦贡大学的王晓临教授提出了狄拉克自旋无带隙半导体(狄拉克半金属)的新概念。在这类新材料的电子能带结构中,一个自旋通道带有能隙则表现为半导体,而另一个自旋通道无带隙呈现类似石墨烯的线性狄拉克态。由于这种单自旋狄拉克态在超快、超低能耗自旋电子学器件中具有可观的应用前景,在实际材料中寻找这种奇异的电子态成为凝聚态物理研究中的热点。


近日,内蒙古大学刘志锋博士(点击查看介绍)与大连理工大学赵纪军教授(点击查看介绍)合作,在新型二维材料过渡金属二氮化物YN2单层中,他们发现八面体T相具有狄拉克半金属特性


研究团队基于密度泛函理论的第一性原理计算及量子分子动力学模拟,系统研究了单层YN2的稳定性、电子性质及磁性。结果表明八面体T相的YN2单层拥有诸多的优越性质:1)较好的力学、动力学和热学稳定性;2)铁磁性基态,且居里温度大于室温;3)p电子贡献的单自旋狄拉克态,其费米速度高达3.74×105 m/s,高于当前报道的其他狄拉克半金属;4)较大的半金属带隙(1.53 eV),足以克服因热扰动引起的自旋翻转。上述特性,使得YN2单层材料成为非常有前景的高速、低能耗自旋电子学的候选材料。


这一成果发表在近期的Nano Research 上。文章作者依次为刘志锋、刘俊艳和赵纪军,赵纪军教授为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金及北京计算科学研究中心的支持。


该论文作者为:Zhifeng Liu, Junyan Liu, Jijun Zhao

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YN2 monolayer: Novel p-state Dirac half metal for high-speed spintronics

Nano Res., 2017, 10, 1972, DOI: 10.1007/s12274-016-1384-3


刘志锋博士简介


刘志锋,内蒙古大学讲师,2014年7月获重庆大学凝聚态物理学博士学位;2016年7-9月,北京计算研究中心访问学者;近年来,一直致力于纳米团簇的组装设计及磁性二维材料的理论研究;目前,已在Nano Res.J. Mater. Chem. CJ. Chem. Phys. CPhys. Chem. Chem. Phys.RSC Adv. 等国际高水平学术期刊上发表SCI论文10余篇;作为项目负责人,刘志锋博士现主持国家自然科学基金2项、省自然科学基金1项、省教育厅项目1项、内蒙古大学高层次人才引进项目1项。


http://www.x-mol.com/university/faculty/40490


赵纪军教授简介


赵纪军,1973年出生,1992年南京大学强化部核物理专业本科毕业,1996年南京大学物理系获凝聚态物理学博士学位,导师王广厚院士;1997至2005年期间,先后在意大利国际理论物理中心、美国北卡大学、美国华盛顿州立大学担任博士后、研究助理教授、研究员;2006年起任大连理工大学教授,2014年起任三束材料改性教育部重点实验室主任,2017年担任物理学院院长;担任Scientific ReportMolecular SimulationJournal of Cluster Science 等SCI国际期刊编委;主要研究领域为团簇与低维物理、核聚变堆材料、分子晶体与含能材料,在Science AdvancesPRLJACSACS Nano 等刊物上发表SCI论文300多篇,总引用超过10000次,H因子52;入选艾思维尔中国高被引学者物理与天文学第八名;作为第三完成人获国家自然科学二等奖,第一完成任务获教育部自然科学二等奖;先后主持自然科学基金面上项目、科技部课题、国防基础科研课题10余项。


http://www.x-mol.com/university/faculty/40465


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