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面向计算的材料和器件物理

张远波

课题介绍

在过去的几十年里信息技术的发展严重依赖于硅基半导体材料,但是进入21世纪以来器件微型化已经接近其物理极限,未来面向计算的信息处理技术需要寻找新的材料体系并建立新的器件物理基础。

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图. 二维范德华磁性约瑟夫森结特性及示意图

在二维本征磁性材料铬锗碲的约瑟夫森结中观察到其磁性层对隧穿超导电流的调制作用,实验证明了在磁性二维材料的约瑟夫森结中实现磁交换作用对超导电流进行调制和改变基态相位的可能,这一发现为未来制备自旋激发或任意相位的约瑟夫森结器件提供了实验基础;发现了薄层 2M-WS2中的一种新型自旋-轨道-宇称超导态,揭示的新奇的超导属性表明薄层 2M-WS2是探索超导性与拓扑之间相互作用的很好的平台。

我们利用二次谐波非线性表征技术研究了一维硫化钨多壁纳米管的结构特征和激子态特性,研究结果提供了该类材料关于生长机制和光电效应的微观图像;通过自主研发的近场红外显微镜技术,发现了一种完全的能耗抑制思路,首次展现了声子瓶颈效应在电子输运上的惊人效应,揭示了纳米电子学和电力电子学中的能量操纵新途径,并为光电子学器件(如热载流子太阳能电池)中的能量收集提供了重要启示。研究了太赫兹涨落揭示的各向异性热电子动力学,不仅证实了被动太赫兹纳米成像技术在探测使役工作状态下纳米器件中热电子动力学方面的强大功能,还将有助于在未来的固态电子学中实现有效热管理的系统研究;双频红外光晶体管的光耦合结构优化设计,为实现灵敏多波段红外光电晶体管提供了具有普适性的设计思路,且用于基于平面工艺的光晶体管,从而促进高灵敏度红外光电探测技术的应用发展;探究了远离热平衡微纳器件的非普朗克辐射效应,为利用(非普朗克)红外发射光谱研究非平衡动力学开辟了一个新的方向,并为纳米电子学中的微观能量耗散和热管理提供了新的启示。

我们探究了微波电磁调控在自旋整流器件中的应用,为自旋电子学应用提供了一种获取微波能量的创新解决方案,并为高效光自旋电子学、磁超材料和无线能量传输等新兴应用打开了人工和天然磁性材料混合磁性的大门等。