摘要
外尔半金属Td-WTe2是一种新型的拓扑量子材料，具有很强的自旋轨道耦合作用和独特的拓扑能带结构，表现出与拓扑绝缘体一样高的自旋产生效率和自旋轨道转矩强度，从而能够高效调控磁矩的方向，因此外尔半金属WTe2被认为是一种非常有前途的拓扑材料，在低功耗自旋电子器件应用方面具有巨大潜力。WTe2/Ti异质结构能够解决原本在WTe2薄膜之上无法直接制备出具有垂直磁各向异性铁磁层的难题。面向实际的自旋电子器件应用，WTe2材料及其异质结需要与已经建立的半导体生产线工艺相兼容，通常需要能经受~350-400℃、30min的高温处理过程，因此WTe2以及WTe2/Ti异质结的热稳定性研究至关重要。然而，到目前为止，WTe2及WTe2/Ti的热稳定性是否能满足这一要求还不是很清楚。本文利用偏振拉曼散射技术系统研究了WTe2及WTe2/Ti界面的热稳定性。我们发现： (1)WTe2单晶纳米片在425℃的高温下其结构和组份仍能保持稳定，随着温度升高到450℃，WTe2单晶纳米片的组成成分开始发生变化，WTe2开始分解，Te开始升华，最终在WTe2上方形成Te结晶层。我们的结果表明，外尔半金属WTe2纳米片具有良好的热稳定性，可以满足半导体制备流程中高温处理工艺的要求。 (2)WTe2和Ti的界面热稳定性与WTe2纳米片的厚度相关，当WTe2单晶纳米片厚度适当增加，WTe2/Ti异质结更加稳定。我们发现当WTe2层厚度较小时，WTe2(12nm)/Ti异质结在制备态已经发生了微弱的界面反应，而且高温退火会加剧界面反应，在200℃退火30min后，所有WTe2(12-32nm)/Ti异质结都发生了比较显著的界面反应，并形成了Ti-Te化合物，高分辨透射电子显微镜测量进一步确认了上述结果。 我们的研究结果为进一步开展基于WTe2的自旋电子器件设计、探究WTe2/Ti界面对于自旋轨道转矩效应的影响提供了有用信息，激发基于WTe2等拓扑材料的低功耗自旋器件研究。
NETL