自旋无间隙半导体回顾:下一代低能量和高效自旋电子学的更多候选| ARC未来低能电子技术卓越中心

卧龙岗大学的一个研究小组发表了一篇关于无自旋间隙半导体(sse)的广泛综述。

自旋无隙半导体是一类新型零间隙材料，具有完全自旋的极化电子和空穴。

这项研究加强了对材料的研究，这些材料将允许超高速、超低能量的“自旋电子”电子产品，并且不会因导电而浪费能量耗散。

SGS材料的定义性质与它们的“带隙”有关，即材料的价带和传导带之间的间隙，这决定了它们的电子性质。

一般来说，一个自旋通道(即自旋方向之一，向上或向下)具有有限带隙的半导体性质，而另一个自旋通道具有封闭(零)带隙。

在无自旋间隙半导体(SGS)中，导带边和价带边在一个自旋通道中接触，并且不需要阈值能量将电子从占据(价)态移动到空(导)态。

这一特性赋予了这些材料独特的特性:它们的能带结构对外界影响(如压力或磁场)极其敏感。

大多数SGS材料都是高居里温度的铁磁材料。

SGSs的能带结构可以有两种类型的能量-动量色散:狄拉克(线性)色散或抛物色散。

这篇新的综述研究了不同材料体系中的Dirac和三个子类型的抛物型SGSs。

对于Dirac型SGS，它们的电子迁移率比经典半导体高2到4个数量级。在SGS中激发电子只需要很少的能量，电荷浓度很容易“调节”。例如，这可以通过引入新元素(掺杂)或应用磁场或电场(门控)来实现。

狄拉克型自旋无间隙半导体表现出完全自旋极化狄拉克锥，并通过量子反常霍尔效应驱动的无耗散边缘态为自旋电子学和低能耗电子器件提供了平台。

概述了下一代自旋电子器件中SGSs的潜在应用，以及具有高速和低能耗的低电子学和光电子学。UoW超导与电子材料研究所所长、FLEET主题负责人王晓林教授说。

自2008年王晓林教授首次提出无自旋间隙半导体(SGSs)以来，全球范围内寻找合适候选材料的努力尤其集中在狄拉克型SGSs上。

具有自旋轨道耦合的抛物型和狄拉克型SGS材料的能带结构，导致量子反常霍尔效应。

近十年来，通过密度泛函理论预测了大量的Dirac型或抛物型SGSs，一些抛物型SGSs在单层材料和块体材料中都得到了实验证明。

回顾论文Spin-Gapless半导体在杂志上发表了吗小2020年6月(DOI 10.1002/ small .201905155)。

作者感谢来自澳大利亚研究理事会通过卓越中心项目，感谢塔尼亚·西尔弗的贡献．

在固体能带理论中，自然界中的材料可以根据其电子能带结构分为金属、绝缘体或半导体。

价带包含了物质中能量最高的电子。就在“上面”(即，更有能量)是传导带，这是空电子态的最低带。

在金属中，传导电子位于传导带中，因此电子(即电流)可以很容易地在金属中流动。在绝缘体中，两个带被一个大的间隙隔开，因此电子不能流动。在半导体中，例如构成传统集成电路和晶体管基础的硅，带之间的间隙较小，因此应用较小的阈值能量可以将电子升入传导带。这就是硅晶体管“开关”的基本原理。

新颖的原子薄材料的性质在FLEET研究，澳大利亚研究理事会卓越中心，在该中心的使能技术A．

未来低能耗电子技术中心(FLEET)是由100多名研究人员组成的合作机构，旨在开发超低能耗电子产品，以应对计算中能源使用的挑战，计算已经消耗了全球8%的电力，并且每十年就会翻一番。

该论文的合著者王晓林教授领导着FLEET的卧龙岗大学节点，并领导着赋能技术团队，开发新型原子薄材料，支持FLEET对超低能量电子产品的搜索，在卧龙岗大学管理新型二维材料的合成和表征

王教授领导FLEET研究磁性拓扑绝缘体中的电荷和自旋量子效应，并与莫纳什大学、新南威尔士大学、澳大利亚国立大学和皇家墨尔本理工大学的FLEET研究人员联合研究制造高质量样品。

岳增基博士是一名FLEET研究员，与王教授一起工作超导与电子材料研究所“，而且澳大利亚创新材料研究所(AIIM)在澳大利亚卧龙岗大学。岳博士的研究主要集中在纳米结构、量子输运以及拓扑和自旋无间隙材料的光学。他利用拓扑材料的新物理特性设计和制造电子和光学器件。雷竞技苹果版

自旋无间隙半导体综述:下一代低能量和高效自旋电子学的更多候选