磁领域类似墨比乌斯带式结构初探

王德奎

磁领域类似墨比乌斯带式结构初探

黄浩新

2018年11月9日华东师范大学褚君浩院士团队，发布在反铁磁领域发现普适理论----这种在二维反铁磁领域获得重要突破是：在二维A-type反铁磁中，提出实现100%自旋极化的普适理论并设计出----新型二维自旋场效应晶体管模型。

这项研究是由华东师范大学，与加州大学伯克利分校张翔院士（现香港大学校长）合作完成的。发表此研究的《美国科学院院报》（PNAS）审稿人认为：是“令人惊喜的成果”。之所以说是磁领域类似墨比乌斯带式结构初探，因为上世纪70年代法国科学家Néel，在反铁磁研究成果获得的诺贝尔奖，证明反铁磁除具有重要的理论研究价值外，因宏观磁矩为零，使其磁结构很难测定，严重限制了其实际应用。激发人们对二维磁性材料产生研究兴趣的是，2017年张翔院士在实验中获得了二维铁磁性材料Cr2Ge2Te6；而二维磁性材料以前很大一部分是反铁磁。张翔院士研究团队在测试双层二维磁性材料Cr2Ge2Te6、VSe2等的电子结构时，却发现双层材料层间，为反铁磁交换作用时，施加垂直电场，可很方便实现100%自旋极化的half-metallicity性质；且用半导体性的双层A-type反铁磁（层内铁磁，层间反铁磁）得到half-metallicity性质，是一个普适理论。

这是磁领域类似墨比乌斯带式结构的初探吗----利用双层A-type反铁磁的half-metallicity性质，实现新型的自旋场效应晶体管----当垂直电场大于临界电场时，可获得100%的上自旋极化流（蓝色）；而翻转外加电场方向，可获得100%下自旋极化流（红色）。

早在1990年Datta提出的自旋场效应晶体管时，工作性能是依赖通道中电子自旋进动的精准控制----但精准控制自旋进动状态，在实验上很困难。褚君浩院士研究团队的龚士静教授说，他们能成功，是基本原理完全不同于Datta-Das自旋场效应晶体管----他们的实验操作简单方便，是利用电场调控A-type反铁磁的电子结构时，包括器件工作温度、二维磁畴大小、电极影响、二维磁性材料厚度对器件性能影响等，对实现新型自旋场效应晶体管可能遇到的实际问题，都进行过详细地充分地细节讨论，和理论新颖的阐述。