本實(shí)用新型涉及磁性器件，特別涉及磁熱電器件。
背景技術(shù)：
19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)以來，科學(xué)家主要都是集中在電荷塞貝克效應(yīng)的研究和應(yīng)用上。所謂的熱電效應(yīng)就是在沒有外界電場的情況下，物體中的電子或空穴隨著溫度梯度由高溫區(qū)向低溫區(qū)移動時產(chǎn)生電流的一種現(xiàn)象。這個效應(yīng)主要用賽貝克系數(shù)(Seebeck coefficient)來表征，其表達(dá)式為其中ΔT為兩電極之間的溫度差，ΔV為溫度差引起的電勢差。比如：我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫降臒崤计骷褪抢秒姾蔁犭娦?yīng)的原理制成的。
但是，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，隨著器件尺寸的減小，電荷輸運(yùn)過程中產(chǎn)生的焦耳熱越來越成為一個不可忽視的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的在于提供一種磁熱電器件，能夠在溫度梯度下產(chǎn)生高自旋極化流并且不會產(chǎn)生大量的熱耗。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的實(shí)施方式公開了一種磁熱電器件，磁熱電器件包括非磁性襯底、石墨烯層或類石墨烯層、第一磁性電極、第二磁性電極和摻雜區(qū)；
石墨烯層或類石墨烯層位于非磁性襯底的表面上；
第一磁性電極和第二磁性電極分別位于石墨烯層或類石墨烯層表面上的兩端；
摻雜區(qū)位于第一磁性電極與第二磁性電極之間的石墨烯層或類石墨烯層中。
本實(shí)用新型實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于：
在本實(shí)用新型中，磁熱電器件由磁性電極和石墨烯層或類石墨層構(gòu)成，可以在溫度梯度下產(chǎn)生高自旋極化流和通過電極的磁化方向來調(diào)控該器件的自旋流，并且不會產(chǎn)生大量的熱耗。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型第一實(shí)施方式中一種磁熱電器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，自旋極化器件在運(yùn)行的同時不會有大量的熱耗，利用溫度梯度產(chǎn)生自旋流將對研發(fā)高效、小型、節(jié)能的微型芯片以及自旋電子設(shè)備具有深遠(yuǎn)的意義。也為熱電自旋電流發(fā)生器和磁性制冷設(shè)備的研制提供了令人振奮的新契機(jī)。
本實(shí)用新型第一實(shí)施方式涉及一種磁熱電器件。圖1是該磁熱電器件的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該磁熱電器件包括非磁性襯底1、石墨烯層或類石墨烯層2、第一磁性電極3、第二磁性電極4和摻雜區(qū)5。
石墨烯層或類石墨烯層2位于非磁性襯底1的表面上。類石墨烯層可以選自于石墨炔(Chem.Commun.46,3256,(2010))、硅烯(NanoLett.12,3507(2012))、錫烯(Nature Materials 14,1020,(2015))，鍺烯(Advanced Materials 26,4820,(2014))和二硫化鉬(Phys.Rev.Lett.105,136805(2010))中的一種，這些材料已在上述論文中公開，是與石墨烯結(jié)構(gòu)類似的兩維已知材料。非磁性襯底的材料選擇依賴于類石墨烯層的材料選擇，可以為碳化硅。
第一磁性電極3和第二磁性電極4分別位于石墨烯層或類石墨烯層2表面上的兩端。第一磁性電極和第二磁性電極為鐵磁材料，可以選自于鐵，鈷，鎳及其合金中的一種，并且第一磁性電極和第二磁性電極的磁化方向可以相同，也可以相反。
摻雜區(qū)5位于第一磁性電極3與第二磁性電極4之間的石墨烯層或類石墨烯層2中。上述摻雜區(qū)可以為N型摻雜區(qū)，也可以為P型摻雜區(qū)(Advanced Materials 21,4726，(2009)，J.Mater.Chem.C 1,2735(2013)，Phys.Chem.Chem.Phys.16,15968(2014))，在石墨烯層或類石墨烯層中進(jìn)行N型或P型摻雜(例如摻氮元素或磷元素)已在上述論文中公開，摻雜后的材料為已知材料。
在操作時，當(dāng)兩個電極的磁化方向相同時，自旋賽貝克系數(shù)(SS)和電荷賽貝克系數(shù)(SC)隨溫度的變化都比較小，即在溫度梯度下，器件中電荷流和自旋流都很小；當(dāng)兩個電極的磁化方向相反時，自旋賽貝克系數(shù)(SS)要遠(yuǎn)大于電荷賽貝克系數(shù)(SC)，出現(xiàn)較高的自旋極化，即在溫度梯度下，器件中會出現(xiàn)較高的自旋極化流。這樣，可以通過磁場來控制器件中自旋流的有無。電荷塞貝克系數(shù)SC和自旋塞貝克系數(shù)SS的定義分別為SC＝(S↑+S↓)/2和SS＝(S↑-S↓)/2其中S↑和S↓分別為上自旋和下自旋的塞貝克系數(shù)。
由上可以看到，當(dāng)兩個電極的磁化方向在平行和反平行兩種構(gòu)型下相互切換時，即能夠?qū)崿F(xiàn)一種自旋熱電的開關(guān)器件。上述磁熱電器件可以應(yīng)用于溫度傳感器、熱電自旋電流發(fā)生器等磁性器件中。
在本實(shí)用新型中，磁熱電器件由磁性電極和石墨烯層或類石墨層構(gòu)成，可以在溫度梯度下產(chǎn)生高自旋極化流和通過電極的磁化方向來調(diào)控該器件的自旋流，并且不會產(chǎn)生大量的熱耗。
需要說明的是，在本專利的權(quán)利要求和說明書中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實(shí)體或者操作與另一個實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
雖然通過參照本實(shí)用新型的某些優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)對本實(shí)用新型進(jìn)行了圖示和描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍。