近日，中國科學技術大學楊金龍教授研究組在電場調控半導體載流子自旋取向方面取得重要理論進展，使得制備電學可控的自旋電子學材料成為可能。該成果發表在《美國化學會志》上。
自旋電子學是基于電子的自旋進行信息的傳遞、處理與存儲的，它具有目前傳統微電子學無法比擬的優勢。在自旋電子學應用中，如何實現用電場調控載流子自旋取向是一個關鍵性的科學問題。為解決此問題，楊金龍研究組先前在概念上提出了一種新型的自旋電子學材料，即雙極磁性半導體。此類材料具有特殊的能帶構造，通過它的電流不僅可以達到完全的自旋極化，而且載流子的自旋取向可以簡單地通過加門電壓的方法直接進行調制。然而，設計出實驗上容易制備的雙極磁性半導體材料一直是一個難題。
楊金龍研究組基于實驗上已經制備出的三維層狀晶體MnPSe3，提出可通過液相剝離的方法制備出二維的MnPSe3納米片，該納米片具有雙極磁性半導體的功能。他們的理論預測，在無摻雜的情況下，MnPSe3納米片是弱反鐵磁半導體，而在一定的電子或空穴摻雜下，它轉變為鐵磁半金屬，在費米能級附近具有完全的自旋極化。更為重要的是，電子和空穴摻雜下的載流子自旋極化方向是完全相反的。因此，借助這一體系有望實現電場對載流子自旋取向的直接控制。此外，理論預測該材料的實驗工作溫度顯著高于液氮溫度。
這一工作為在實驗上實現電場調控自旋取向提供了一個切實可行的方案，有望對自旋電子器件的研究與應用產生重要的影響。
上述研究得到了中國科學院、科技部、國家自然科學基金委和教育部的支持。
中國科大自旋電子學材料的理論設計獲進展
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