近日，best365官網(wǎng)物理學(xué)科陳橋教授團(tuán)隊(duì)在納米壓電自旋晶體管方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“High Performance Piezotronic Spin Transistors using Molybdenum Disulfide Nanoribbon”為題在國際納米能源類頂級期刊Nano Energy （IF=16.602，SCI一區(qū)）上發(fā)表。
自旋電子學(xué) (Spintronics)，也稱磁電子學(xué)，是一門新興的學(xué)科和技術(shù)。它利用電子的自旋和磁矩，使固體器件中除電荷輸運(yùn)外，還加入電子的自旋和磁矩，應(yīng)用于自旋電子學(xué)的材料，需要具有較高的自旋極化率，以及較長的電子自旋弛豫時間。許多新材料，例如磁性半導(dǎo)體、半金屬等，近年來被廣泛研究，以求能有符合自旋電子元件應(yīng)用所需要的性質(zhì)。
該工作利用單層二硫化鉬的壓電特性調(diào)控二硫化鉬納米帶的邊緣態(tài)，同時通過非局域交換場實(shí)現(xiàn)邊緣態(tài)的自旋劈裂，從而實(shí)現(xiàn)自旋極化輸運(yùn)。其原因在于由應(yīng)力引起的壓電電場會使邊緣態(tài)發(fā)生相變，即從金屬相轉(zhuǎn)變成半導(dǎo)體相。然而，當(dāng)同時存在非局域交換場和應(yīng)力時，納米帶邊緣態(tài)會在應(yīng)力的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榘虢饘賾B(tài)。自旋極化行為同時受到應(yīng)力和非局域交換場的調(diào)控，在施加應(yīng)力大于3.6%時，可以實(shí)現(xiàn)100%的自旋極化。該工作為設(shè)計(jì)單層二硫化鉬的高性能壓電自旋晶體管提供了新思路和途徑。模型和主要結(jié)果如下：
圖1 (a) MoS2納米帶結(jié)構(gòu)示意圖。紅色區(qū)域指納米帶的左右電極。沿著扶手椅邊緣的原子數(shù)N用于描述MoS2納米帶的寬度W。(b) 和(d) 分別展示了在拉伸和壓縮應(yīng)變下的壓電場的方向。(c)展示了壓電場隨MoS2納米帶的寬度W變化。
圖2(a) 和 (b)展示了壓電自旋晶體管示意圖。其中，(a) 中未施加應(yīng)變，（b）中施加拉伸應(yīng)變。在拉伸應(yīng)變作用下，自旋極化電子沿邊界穿過MoS2納米帶，從而提供柵極電壓調(diào)節(jié)費(fèi)米能級。(b) 中漸變顏色標(biāo)記了MoS2納米帶中壓電電勢分布。(c)和 (d)分別表示在6.9%拉力和2.4λM非局域交換場的共同作用下，21-ZMDSN的能帶圖和自旋電導(dǎo)圖。其中，(c)中自旋向上和自旋向下區(qū)域分別用紅色和藍(lán)色標(biāo)記。
該論文第一作者嚴(yán)雪飛是best365官網(wǎng)物理學(xué)科和吉首大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的研究生，計(jì)算科學(xué)與電子學(xué)院陳橋教授為第一通訊作者，best365官方網(wǎng)站登錄入口為第一通訊單位，共同通訊作者還有杜伊斯堡埃森大學(xué)李龍龍博士，安特衛(wèi)普大學(xué)Fran ois Peeters教授。
2017年以來，best365官網(wǎng)計(jì)算科學(xué)與電子物理學(xué)科與吉首大學(xué)物理與機(jī)電工程學(xué)科聯(lián)合培養(yǎng)研究生，鄧永和教授、陳橋教授被吉首大學(xué)聘為碩士研究生導(dǎo)師。學(xué)院為研究生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和資源，支持學(xué)生參與領(lǐng)域內(nèi)高水平學(xué)術(shù)會議，在讀研究生參與全國材料大會、國際凝聚態(tài)物理研討會等高級別會議十余次，開拓了學(xué)術(shù)視野，取得較好的科研成果，鄧永和教授指導(dǎo)的研究生高明、張宇文在物理學(xué)報(bào)、Chinese Physics B等權(quán)威期刊上各發(fā)表SCI論文2篇，代表了best365官網(wǎng)物理學(xué)科人才培養(yǎng)的質(zhì)量和水平。
該工作獲得了湖南省自然科學(xué)基金、湖南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目和best365官方網(wǎng)站登錄入口百名骨干人才基金支持。
論文鏈接https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104953。
