基于Fe3GaTe2/WSe2/Fe3GaTe2范德华异质结构的自旋阀效应研究

摘要

自旋阀作为自旋电子学的核心部件，广泛应用于磁存储与磁传感等现代信息技术领域。为推动二维自旋电子器件向着小型化与低功耗方向发展，本文系统研究了基于二维铁磁材料Fe3GaTe2和半导体WSe2的全二维范德华自旋阀异质结构及其磁输运特性。实验中采用高温自熔剂法制备了高质量的Fe3GaTe2单晶，并通过拉曼光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱和能量色散X射线谱对其晶格特征与元素分布进行了确证。在此基础上，利用机械剥离与干法转移技术构筑了Fe3GaTe2/WSe2/Fe3GaTe2垂直范德华异质结构，并在低温物性测量系统中开展了电磁输运测试。结果表明，该异质结器件在250 K下表现出线性的I-V响应，形成了优异的欧姆接触。在面外磁场作用下，器件在250 K下展现出边界清晰的台阶状磁电阻曲线，明确证实了自旋阀效应的产生。进一步测试发现，该器件的磁电阻率随偏置电流（1 nA至1 μA）的增大而显著衰减。在250 K下改变外加磁场方向时，其磁电阻率在整个360°空间范围内均保持高度恒定，表现出角度无关特征。这种独特的各向同性磁输运行为直接源于Fe3GaTe2本征的强垂直磁各向异性。本研究不仅验证了全二维体系中实现自旋阀调控的可行性，也为构筑磁场角度不敏感的新型自旋输运器件提供了坚实的物理基础。