2023年7月17日，Nano Lett.在线发表了英国帝国理工学院Nikita V. Tepliakov和美国哈佛大学Michele Pizzochero课题组的研究论文，题目为《Dirac Half-Semimetallicity and Antiferromagnetism in Graphene Nanoribbon/Hexagonal Boron Nitride Heterojunctions》。
石墨烯纳米带（GNRs）是下一代纳米级电子器件的有前途的组件，因为它们具有相当大的能隙、优异的电荷传输以及易于集成到短沟道场效应晶体管（FETs）中。半金属（Half-metals）由于其完全自旋极化的电流而被设想为自旋电子器件中的有源元件。然而，含有半金属相的实际材料仍然很少。在此研究中，作者预测最近制备的嵌入到二维（2D）六方氮化硼中的锯齿形石墨烯纳米带异质结（ZGNR/hBN）是半金属的，其特征是费米能级处完全自旋极化的狄拉克（Dirac）点。半金属性源于电荷从六方氮化硼转移到石墨烯纳米带中，导致位于两个边缘的态发生相反的能量移动，同时保持其本征的反铁磁（AFM）交换耦合。掺杂后在这些异质结中发生反铁磁到铁磁（FM）的相变，过量电荷的符号控制净磁矩的空间局域化。研究结果表明，这种异质结实现了自旋极化狄拉克费米子的可调一维（1D）导电通道无缝集成到二维绝缘体中，从而为碳基自旋电子学的发展带来了希望。
图1 ZGNR/hBN异质结中的Dirac半金属性
图2 ZGNR/hBN异质结中半金属性的机制
图3 ZGNR/hBN异质结中磁边缘态与电荷转移的相互作用
图4 电荷掺杂对ZGNR/hBN异质结的影响
【论文链接】
Tepliakov, N.V., Ma, R., Lischner, J. et al. Dirac Half-Semimetallicity and Antiferromagnetism in Graphene Nanoribbon/Hexagonal Boron Nitride Heterojunctions. Nano Lett., 2023. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01940
【其他相关文献】
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