[论文解读] Band Structure of EuO/Si Spin Contact: Justification for Silicon Spintronics

L. L. Lev, Dmitry V. Averyanov+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2016

Rare-earth and actinide compounds被引用 3

一句话总结

本研究利用软X射线角分辨光电子能谱（ARPES）研究了EuO/Si异质结的电子能带结构，以评估其在硅自旋电子学中的适用性。主要发现是界面处导带偏移为1.0 eV，证实该体系在高效自旋极化载流子注入硅中的技术潜力。

ABSTRACT

Silicon spintronics requires injection of spin-polarized carriers into Si. An emerging approach is direct electrical injection from a ferromagnetic semiconductor - EuO being the prime choice. Functionality of the EuO/Si spin contact is determined by the interface band alignment. In particular, the band offset should fall within the 0.5-2 eV range. We employ soft-X-ray ARPES to probe the electronic structure of the buried EuO/Si interface with momentum resolution and chemical specificity. The band structure reveals a conduction band offset of 1.0 eV attesting the technological potential of the EuO/Si system.

研究动机与目标

• 评估EuO/Si异质结界面的能带对齐，以应用于硅自旋电子学。
• 确定EuO/Si界面处的能带偏移是否落在0.5–2 eV的最优范围内，以实现自旋极化载流子注入。
• 提供关于埋藏式EuO/Si界面电子结构的直接实验证据，具备动量分辨和化学特异性。
• 证明使用EuO作为铁磁半导体接触以实现向硅中自旋注入的合理性。

提出的方法

• 采用软X射线角分辨光电子能谱（ARPES）探测埋藏式EuO/Si界面的电子结构。
• 利用动量分辨测量获取界面能带色散关系及化学态信息。
• 通过化学特异性分析区分EuO与Si组分的贡献。
• 直接从界面处能带边对齐测量导带偏移。
• 利用高能光子穿透表面，以探测埋藏式异质结界面。

实验结果

研究问题

• RQ1 EuO/Si异质结界面处的精确导带偏移是多少？
• RQ2 EuO/Si界面处的能带对齐是否支持向硅中高效注入自旋极化载流子？
• RQ3 软X射线ARPES能否为埋藏式半导体异质结提供可靠且具备动量分辨的电子结构信息？
• RQ4 该能带偏移是否处于自旋电子学应用中技术可行的0.5–2 eV范围内？

主要发现

• EuO/Si界面处的导带偏移经实验测定为1.0 eV。
• 该数值落在实现向硅中高效自旋极化载流子注入所必需的最优0.5–2 eV范围内。
• 利用软X射线ARPES，实现了具备动量分辨和化学特异性的能带对齐测量。
• 结果证实EuO/Si体系在硅自旋电子学中作为自旋接触技术的可行性。
• 直接探测了埋藏界面的电子结构，验证了EuO作为铁磁半导体用于自旋注入的适用性。