自旋無帶隙半導體

自旋無帶隙半導體最先是由 Xiaolin Wang 2008年作為一個新的自旋電子學概念和一類新的自旋電子學材料通過理論計算提出的。

基本介紹

• 中文名：自旋無帶隙半導體
• 套用領域：自旋電子學、磁學，光學等
• 提出時間：2008年
• 提出人：Xiaolin Wang

簡介

2009年，Yafei Li 等人使用自旋無限制的密度泛函理論得出氮摻雜的擁有 Zigzag 邊界的石墨烯納米帶是自旋無帶隙半導體（如右圖1所示） 。同年，自旋無帶隙半導體材料首次由 Xiaolin Wang於摻雜的 PbPdO2 薄膜材料中得到證實（如右圖2所示） 。 2010年，Yanfei Pan 等人通過第一性原理計算得出摻雜有空穴的 BN 也是自旋無帶隙半導體材料。隨後，2012年，S. Skaftouros 與 G. Z. Xu 等人又通過第一性原理計算得出多種Heusler化合物有可能是自旋無帶隙半導體 。2013年，Siham Ouardi 等人從理論以及實驗上最終證實 Heusler 化合物 Mn2CoAl 多晶材料是自旋無帶隙半導體。

特點

自旋無帶隙半導體可以看做是無帶隙半導體與半金屬鐵磁體的結合，並為半導體與金屬搭建了一座橋樑。右圖3是半金屬鐵磁體(a）與自旋無帶隙半導體（b）的態密度對比。如右圖4所示，它的帶結構可能是線性色散的，也可能是拋物線形狀的。自旋無帶隙半導體的最大特點是它有兩個完全不同的自旋通道：一個自旋通道是無間隙，而另一個自旋通道是有帶隙的半導體 。而且它只有一個自旋通道對自旋輸運有貢獻，另一個通道具有可調的載流子濃度。

套用

自旋無帶隙半導體只需要極少量的能量將電子從價帶激發到導帶，激發的電荷的載流子，無論是電子還是空穴，都可以是100%的自旋極化的。自旋無帶隙半導體的載流子可以使用霍爾效應分離，並且可以很容易被外磁場和外電壓調控 。 自旋無帶隙半導體的這種對外界刺激極為敏感的特性可能導致新的物理現象和自旋電子學器件。因此自旋無帶隙半導體材料在自旋電子學領域有著廣泛的套用前景，而且它還可能在磁學，光學等領域有所套用 。