Спиновый бесщелевой полупроводник
| Физика конденсированного состояния |
|---|
 |
Бесщелевые полупроводники представляют собой новый класс материалов с уникальной электрической зонной структурой для разных спиновых каналов, при которой для одного спинового канала нет запрещенной зоны (т.е. «бесщелевой»), в то время как в другом спиновом канале имеется конечная щель. [1]
В полупроводнике без спиновой щели края зоны проводимости и валентной зоны соприкасаются, так что для перемещения электронов из занятых (валентных) состояний в пустые (проводящие) состояния не требуется пороговая энергия. Это придает бесщелевым полупроводникам уникальные свойства: их зонные структуры чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям (например, давлению или магнитному полю). [2]
Поскольку для возбуждения электронов в SGS требуется очень мало энергии, концентрации зарядов очень легко «настраиваются». Например, это можно сделать путем введения нового элемента (легирование) или приложения магнитного или электрического поля (затворение).
Новый тип SGS, идентифицированный в 2017 году, известный как линейные спин-безщелевые полупроводники типа Дирака, имеет линейную дисперсию и считается идеальной платформой для безмассовой и бездиссипативной спинтроники, поскольку спин-орбитальная связь открывает пробел для спин-полностью поляризованной проводимости и валентности. полоса, и в результате внутренняя часть образца становится изолятором, однако электрический ток может течь без сопротивления по краю образца. Этот эффект, квантовый аномальный эффект Холла, ранее был реализован только в магнитно-легированных топологических изоляторах. [2]
Помимо дираковских/линейных SGS, другой основной категорией SGS являются параболические спиновые безщелевые полупроводники. [3] [4]
Подвижность электронов в таких материалах на два-четыре порядка выше, чем в классических полупроводниках. [5]
SGS топологически нетривиальны . [3]
Предсказание и открытие [ править ]
Полупроводник без спиновой щели был впервые предложен как новая концепция спинтроники и новый класс потенциальных материалов для спинтроники в 2008 году в статье Сяолиня Ванга из Университета Вуллонгонга в Австралии. [6] [7] [8]
Свойства и приложения [ править ]
Зависимость запрещенной зоны от направления спина приводит к высокой поляризации спина несущей и предлагает многообещающие электронные и магнитные свойства, контролируемые спином, для приложений спинтроники. [9]
Полупроводник без спиновой щели является многообещающим материалом-кандидатом для спинтроники, поскольку его заряженные частицы могут быть полностью поляризованы по спину, так что спином можно управлять лишь с помощью небольшой приложенной внешней энергии. [2]
Ссылки [ править ]
- ^ Скафтурос, С.; Оздоган, К.; Шашиоглу, Э.; Галанакис, И. (14 января 2013 г.). «Поиск спиновых бесщелевых полупроводников: случай обратных соединений Гейслера» . Письма по прикладной физике . 102 (2). arXiv : 1210.5355 . дои : 10.1063/1.4775599 . ISSN 0003-6951 . S2CID 311785 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с «Полупроводники без спиновых щелей: многообещающие материалы для новой спинтроники и бездиссипативного тока | Центр передового опыта ARC в области будущих технологий низкоэнергетической электроники» .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Ван, Сяотянь; Ли, Тинчжоу; Ченг, Чжэньсян; Ван, Сяо-Линь; Чен, Хун (2018). «Последние достижения Дирака в области спин-щелевых полупроводников» . Обзоры прикладной физики . 5 (4): 041103. Бибкод : 2018ApPRv...5d1103W . дои : 10.1063/1.5042604 . S2CID 125280965 .
- ^ Ван, Сяотянь (2018). «Поиск нового члена параболоподобных спин-бесщелевых полупроводников: случай алмазоподобного четверного соединения CuMn2InSe4» . Обзоры прикладной физики . 10 : 301. Бибкод : 2018ResPh..10..301H . дои : 10.1016/j.rinp.2018.06.031 .
- ^ Ван, Сяо-Линь (2016). «Полупроводники без спиновой щели Дирака: многообещающие платформы для безмассовой и бездиссипативной спинтроники и новых (квантовых) аномальных эффектов Холла со спином». Национальный научный обзор . 4 (2): 252–257. arXiv : 1607.06057 . дои : 10.1093/nsr/nww069 .
- ^ Ван, Сяолинь (18 апреля 2008 г.). «Предложение о новом классе материалов: полупроводники без спиновых щелей» . Письма о физических отзывах . 100 (15): 156404. Бибкод : 2008PhRvL.100o6404W . дои : 10.1103/physrevlett.100.156404 . ПМИД 18518135 . S2CID 22372621 .
- ^ «Медиа-центр | Университет Вуллонгонга» .
- ^ «Бесщелевые оксидные полупроводники: дизайнерский ход» . Материалы НПГ Азия : 1. 2008. doi : 10.1038/asiamat.2008.78 .
- ^ «Полуметаллы и полупроводники без спиновых щелей» .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь )
 | Эта физике конденсированного состояния, статья, посвященная незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее . |