Спиновые бесщелевые полупроводники представляют собой новый класс материалов с уникальной электрической зонной структурой для разных спиновых каналов таким образом, что нет запрещенной зоны (т.е. «бесщелевой») для одного спинового канала, в то время как существует конечная щель в другом спиновом канале.
В бесщелевом полупроводнике края зоны проводимости и валентной зоны соприкасаются, так что не требуется пороговая энергия для перемещения электронов из занятых (валентных) состояний в пустые (проводящие) состояния. Это придает бесспиновым полупроводникам уникальные свойства, а именно то, что их зонная структура чрезвычайно чувствительна к внешним воздействиям (например, давлению или магнитному полю). [1]
Поскольку для возбуждения электронов в SGS требуется очень мало энергии, концентрации зарядов очень легко «настраивать». Например, это можно сделать путем введения нового элемента (легирование) или приложения магнитного или электрического поля (стробирование).
Новый тип SGS, идентифицированный в 2017 году, известный как линейные бесщелевые полупроводники типа Дирака, имеет линейную дисперсию и считается идеальной платформой для безмассовой и бездиссипативной спинтроники, поскольку спин-орбитальная связь открывает щель для спиновой полностью поляризованной проводимости и валентности. полосы, и в результате внутренняя часть образца становится изолятором, однако электрический ток может протекать без сопротивления на краю образца. Этот эффект, квантовый аномальный эффект Холла , ранее был реализован только в топологических изоляторах с магнитным легированием. [1]
Помимо дираковских / линейных SGS, другой основной категорией SGS являются бесщелевые полупроводники с параболическим спином. [2] [3]
Подвижность электронов в таких материалах на два-четыре порядка выше, чем в классических полупроводниках. [4]
Предсказание и открытие
Спиновый бесщелевой полупроводник был впервые предложен в качестве новой концепции спинтроники и нового класса материалов для спинтроники в 2008 году в статье Сяолиня Вана из Университета Вуллонгонга в Австралии. [5] [6] [7]
Свойства и приложения
Зависимость ширины запрещенной зоны от направления спина приводит к высокой спиновой поляризации носителей заряда и предлагает многообещающие электронные и магнитные свойства с управляемым спином для приложений спинтроники. [8]
Спиновый бесщелевой полупроводник является многообещающим материалом-кандидатом для спинтроники, поскольку его заряженные частицы могут быть полностью поляризованы по спину, так что спином можно управлять только с помощью небольшой приложенной внешней энергии. [1]
Рекомендации
- ^ a b c "Спиновые бесщелевые полупроводники: перспективные материалы для новой спинтроники и протекания тока без диссипации | Центр передового опыта ARC в области технологий низкоэнергетической электроники будущего" .
- ^ а б «Последние достижения Дирака в бесщелевых полупроводниках» . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Ван, Сяотянь (2018). «Поиск нового члена параболических бесспиновых полупроводников: случай алмазоподобного четвертичного соединения CuMn2InSe4» . Обзоры прикладной физики .
- ^ Ван, Сяо-Линь (2016). "Бесщелевые полупроводники Дирака: перспективные платформы для безмассовой и бездиссипативной спинтроники и новых (квантовых) аномальных спиновых эффектов Холла". Национальное научное обозрение . 4 (2): 252–257. arXiv : 1607.06057 . DOI : 10.1093 / NSR / nww069 .
- ^ Ван, Сяолинь (18 апреля 2008 г.). «Предложение о новом классе материалов: полупроводники без спиновых зазоров» . Письма с физическим обзором . 100 (15): 156404. Bibcode : 2008PhRvL.100o6404W . DOI : 10.1103 / physrevlett.100.156404 . PMID 18518135 .
- ^ «Медиа-центр | Университет Вуллонгонга» .
- ^ «Бесщелевые оксидные полупроводники: дизайнерское решение» .
- ^ «Полиметаллы и полупроводники без спиновых зазоров» . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь )