近日，我院赵强教授、罗中中副教授团队与中国科学技术大学苏州高等研究院宋骧骧研究员、南京邮电大学徐勇教授、山东大学秦伟教授等合作开发了一种无溶液的范德华磁性电极转移技术，并成功应用于多种高性能二维自旋电子器件的构筑。5月11日，相关成果以“Van der Waals magnetic-electrode transfer for two-dimensional spintronic devices”为题发表在国际知名学术期刊Nano Letters (《纳米快报》)上。我院为第一完成单位。罗中中副教授为论文第一作者，中国科学技术大学宋骧骧研究员、南京邮电大学赵强教授和徐勇教授、山东大学秦伟教授为共同通讯作者。
二维材料因其独特的物理结构和性质，在自旋电子器件领域一直备受关注，展现出重要的应用前景。为了充分发挥此类材料的性能，构建原子级质量的界面至关重要，这不仅有助于实现高效的自旋注入和传输，而且对于提高器件的磁阻效应和整体性能具有决定性作用。通过精确控制器件的自旋界面质量，可以优化自旋电子器件的电学特性，从而有效推动自旋电子学技术的发展和应用。然而，这在技术上是具有挑战性的。因为常规的制备工艺，例如电子束光刻和金属沉积，往往会在金属/二维材料界面引起缺陷、应变、无序和金属扩散，大大限制了高性能自旋电子器件的构筑。
针对这一重要科学问题，研究团队开发了一种石墨烯辅助的范德华磁性电极转移技术。多层铁磁电极被机械地转移至各种二维材料，进而制备出高性能自旋电子器件。每个电极底部为单层石墨烯，其一方面降低了电极与基底的粘附力，有利于电极从牺牲基底的剥离，另一方面可作为隧穿层来优化铁磁/半导体界面的自旋注入。利用此工艺，实现了原子级可控的铁磁/二维材料自旋界面。基于此构建的石墨烯和MoS2自旋阀的磁电阻性能都实现了突破，达到了同类型器件结构的最高水平。同时，该工艺还适用于二维有机/无机异质结沟道，以及多端non-local自旋器件的构筑。此外，通过自旋器件的栅极外场调控，成功揭示了界面隧穿电阻与自旋沟道电阻匹配对器件性能的重要影响，这为高性能二维自旋器件的进一步发展奠定了基础。
本工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省高等学校自然科学基金、有机电子与信息显示国家重点实验室、广东省大湾区集成电路与系统研究院重点领域研发基金等项目的资助。南京邮电大学高丽教授、于志浩教授、孙华斌教授、Chee Leong Tan教授和钮伟副教授对该项目给予了大量支持和帮助。此外，南京大学王欣然教授、中国科学技术大学郭国平教授和北京大学韩伟教授对本工作提供了宝贵建议与实验支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c01885
基于范德华磁性电极转移技术制备的高质量二维自旋电子器件
(撰稿：罗中中 编辑：徐伟 审核：李炳祥）
