新型磁性半导体材料有望成为“自旋电子学”

北卡罗来纳州立大学的研究人员发明了一种可以集成到硅芯片中的新型化合物，它是一种稀磁半导体，这意味着它可以用来制造“自旋电子”设备，这种设备依靠磁力而不是电流来工作。

研究人员合成了新的化合物，氧化锶锡(Sr3SnO)，作为硅芯片上的外延薄膜。外延是指材料为单晶。由于Sr3SnO是一种磁性较弱的半导体，它可以用来制造在室温下基于磁场而不是电流工作的晶体管。

“我们谈论的是用于自旋电子学的超酷晶体管，”Jay Narayan博士说，他是NC州立大学材料科学与工程的约翰·c·范特聘教授，也是一篇描述这项工作的论文的高级作者。“自旋电子学”指的是固体器件中利用电子固有的“自旋”及其相关的磁动量的技术。

纳拉扬说:“还有其他材料是稀磁半导体，但研究人员一直在努力将这些材料集成到硅衬底上，这对它们在多功能智能设备上的应用至关重要。”“我们能够将这种材料合成为硅片上的单晶。”

“这让我们更接近于开发基于自旋的设备，或自旋电子学，”论文的合著者、神户制钢特约教授、北卡州立大学材料科学与工程系系主任Justin Schwartz博士说。“了解到这种材料具有磁性半导体特性是一个惊喜。”

研究人员已经着手创建一种材料，将拓扑绝缘体。在拓扑绝缘体中，材料的大部分作为电绝缘体，但其表面可以作为一种高导电性材料，而且这些性能不容易受到材料缺陷的影响或破坏。实际上，这意味着拓扑绝缘体材料可以同时是导体和它自己的绝缘体。

已知两种材料是拓扑绝缘体——碲化铋和硒化铋。但理论学家预测，其他材料也可能具有拓扑绝缘体特性。Sr3SnO是一种理论材料，这也是研究人员合成它的原因。然而，尽管早期的测试很有希望，但研究人员仍在测试Sr3SnO，以确定它是否具有拓扑绝缘体的所有特性。

纸”,稀磁半导体Sr3SnO与Si(001)的外延集成这篇文章于9月9日在网上发表应用物理快报．这篇论文的主要作者是北卡罗来纳州立大学的博士生李燕飞。合著者包括F. Wu和R. Kumar，两人都是北卡罗莱纳州的博士生，以及弗兰克·亨特博士，北卡罗莱纳州的助理教授。这项工作得到了美国国家科学基金会的部分支持。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

稀磁半导体Sr3SnO与Si(001)外延集成

作者:李玉芳、吴芳、库马尔、亨特、施瓦茨、纳拉扬，北卡罗莱纳州立大学

发表: 9月9日在线应用物理快报

DOI: 10.1063/1.4820770

文摘:采用脉冲激光沉积法在立方钇稳定氧化锆(c-YSZ)/Si(001)平台上生长了拓扑绝缘子候选Sr3SnO (SSO)外延薄膜异质结构。x射线和电子衍射图证实了具有立方对立方取向关系的层的外延性质:(001)[100]SSOk(001)[100]c-YSZk(001)[100]Si。电阻率随温度变化表现出半导体特性，其输运机制遵循变距离跳变模型。单点磁性薄膜在室温条件下具有高的饱和磁化强度和有限的非零矫顽力。这些结果表明，SSO是一种潜在的稀磁半导体，可能是通过受控引入本征缺陷获得的。