11月9日，記者從華東師范大學(xué)獲悉，該校信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院褚君浩院士團(tuán)隊(duì)在二維反鐵磁領(lǐng)域獲重要突破：在二維A-type反鐵磁中提出了實(shí)現(xiàn)100%自旋極化的普適理論，并設(shè)計(jì)出新型二維自旋場效應(yīng)晶體管模型，被認(rèn)為是反鐵磁應(yīng)用的重要進(jìn)展。該研究成果日前發(fā)表于《美國科學(xué)院院報(bào)》（PNAS）。國際權(quán)威審稿人對此發(fā)現(xiàn)無比激動，認(rèn)為是“令人驚喜的成果。”
據(jù)悉，這項(xiàng)研究是由華東師范大學(xué)與加州大學(xué)伯克利分校張翔院士（現(xiàn)香港大學(xué)校長）合作完成的。
上世紀(jì)70年代，法國科學(xué)家Néel因其反鐵磁研究成果獲得諾貝爾獎(jiǎng)，反鐵磁具有重要的理論研究價(jià)值，但宏觀磁矩為零使其磁結(jié)構(gòu)很難測定，嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。
2017年，張翔院士首次在實(shí)驗(yàn)中獲得二維鐵磁性材料Cr2Ge2Te6，由此激發(fā)了人們對二維磁性材料的研究興趣。但目前已發(fā)現(xiàn)的二維磁性材料有很大一部分為反鐵磁，這使得大量關(guān)于二維磁性材料的研究再次止步于應(yīng)用。
為此，在測試雙層二維磁性材料Cr2Ge2Te6、VSe2等的電子結(jié)構(gòu)時(shí)，該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，如雙層材料層間為反鐵磁交換作用時(shí)，施加垂直電場可以很方便的實(shí)現(xiàn)100%自旋極化的half-metallicity性質(zhì)。進(jìn)一步的分析表明，利用半導(dǎo)體性的雙層A-type反鐵磁（層內(nèi)鐵磁，層間反鐵磁）得到half-metallicity性質(zhì)是一個(gè)普適理論。
專家表示，該研究的重要意義在于，利用雙層A-type反鐵磁的half-metallicity性質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)新型的自旋場效應(yīng)晶體管。（當(dāng)垂直電場大于臨界電場時(shí)，即可獲得100%的上自旋極化流（藍(lán)色），翻轉(zhuǎn)外加電場方向可獲得100%下自旋極化流（紅色）。）1990年Datta提出的自旋場效應(yīng)晶體管，其工作性能依賴通道中電子自旋進(jìn)動的精準(zhǔn)控制，該理論雖然備受關(guān)注但精準(zhǔn)控制自旋進(jìn)動狀態(tài)在實(shí)驗(yàn)上困難重重。
論文第一作者龔士靜副研究員告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，“我們利用電場調(diào)控A-type反鐵磁的電子結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)操作簡單方便，基本原理也完全不同于Datta-Das自旋場效應(yīng)晶體管。通過與實(shí)驗(yàn)合作者的多次討論，我們在論文中加入了很多關(guān)于實(shí)驗(yàn)可行性的討論，對實(shí)現(xiàn)新型自旋場效應(yīng)晶體管可能遇到的實(shí)際問題進(jìn)行了詳細(xì)闡述，包括器件工作溫度、二維磁疇大小、電極影響、二維磁性材料厚度對器件性能影響等等，使研究工作不僅理論新穎而且對未來的實(shí)驗(yàn)研究提供了充分的細(xì)節(jié)指導(dǎo)。”
“這個(gè)發(fā)現(xiàn)讓研究團(tuán)隊(duì)無比驚喜。”褚君浩院士表示，“基礎(chǔ)研究的原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)非常重要，它的重要性通常不會像應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)突破很快被接受，因此，做基礎(chǔ)研究需要足夠的耐心和恒心，底子牢固了后勁才足；另外應(yīng)創(chuàng)造條件加強(qiáng)合作，包括實(shí)驗(yàn)和理論合作，國內(nèi)與國際合作，在自己的研究領(lǐng)域做大做強(qiáng)，做出特色。”
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