對(duì)新型二維鐵磁半導(dǎo)體的磁性進(jìn)行電學(xué)控制可以實(shí)現(xiàn)新型自旋電子器件的開發(fā)，這些電子器件利用電子的固有磁性來傳輸，存儲(chǔ)和處理信息。

為了在技術(shù)上可行，這些設(shè)備應(yīng)在室溫或接近室溫的條件下運(yùn)行。但是，大多數(shù)現(xiàn)有的層狀鐵磁半導(dǎo)體的居里溫度都低于100K。此外，在這些材料系統(tǒng)中，磁序和電荷之間的相互作用還沒有得到很好的探索。

新加坡國立大學(xué)，倫敦大學(xué)學(xué)院(UCL)和北京科技大學(xué)的研究人員最近提出了一種新的方法，用于調(diào)節(jié)碲化鉻鍺Cr2Ge2Te6(一種層狀鐵磁半導(dǎo)體)的磁各向異性。他們的論文中發(fā)表的研究結(jié)果發(fā)表在《自然電子》上，可能對(duì)多種混合電子設(shè)備的開發(fā)產(chǎn)生重要影響。

領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)的Goki Eda副教授對(duì)TechXplore表示：“電控制磁性半導(dǎo)體中的磁性的想法已經(jīng)存在了數(shù)十年，這是開發(fā)節(jié)能型信息處理和存儲(chǔ)設(shè)備的關(guān)鍵，” 。“然而，大多數(shù)材料中電場對(duì)磁性的影響太弱，無法用于實(shí)際應(yīng)用。”

近來，研究表明，即使將其薄化至納米厚度，某些層狀半導(dǎo)體仍具有出色的磁性。由于薄材料的超薄體，它們的物理特性極易受到柵極靜電的影響。因此，通過柵極靜電對(duì)其磁性進(jìn)行電氣控制變得更加容易，幾個(gè)研究小組報(bào)告了令人鼓舞的結(jié)果。

受這些最新發(fā)現(xiàn)的啟發(fā)，Eda教授及其同事開始了測(cè)試方法，該方法可以對(duì)Cr2Ge2Te6超薄晶體中的磁性進(jìn)行電控制。他們很快意識(shí)到，使用標(biāo)準(zhǔn)的固體柵氧化物(即通常用于調(diào)制基于半導(dǎo)體的晶體管的電性能的介電層)無法有效地調(diào)節(jié)這些材料的磁性。

研究小組決定使用雙層晶體管幾何形狀來增強(qiáng)電場效應(yīng)，其中凝膠狀電解質(zhì)在晶體表面形成一層離子，從而產(chǎn)生強(qiáng)電場。這種器件的幾何形狀使它們獲得的電子摻雜密度比使用普通固體氧化物通常獲得的電子摻雜密度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。研究人員表明，利用雙電層晶體管的幾何形狀，可以通過靜電門控來調(diào)節(jié)Cr2Ge2Te6的居里溫度和磁各向異性。

進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的研究員Ivan Verzhbitskiy博士解釋說：“由于電子密度高，半導(dǎo)體的磁性能變化變得深遠(yuǎn)。”“居里溫度從61 K提高到205 K超過140度。在其他磁性半導(dǎo)體中還沒有觀察到這種對(duì)居里溫度的顯著電場效應(yīng)。我們很高興看到居里溫度如此急劇地升高帶有磁場的磁性半導(dǎo)體，因?yàn)檫@意味著我們可以打開和關(guān)閉材料的磁性，類似于晶體管打開和關(guān)閉電信號(hào)的方式。”

這些發(fā)現(xiàn)可能對(duì)制造能夠存儲(chǔ)和處理信息的混合設(shè)備具有重要意義。將來，可以將相同的策略應(yīng)用于其他層狀半導(dǎo)體，以進(jìn)一步研究磁性能的調(diào)制。

埃達(dá)教授說：“我們計(jì)劃更詳細(xì)地研究所觀察到的現(xiàn)象背后的機(jī)制。”“對(duì)這一現(xiàn)象有了更好的了解，我們應(yīng)該能夠提高工作溫度，并最終實(shí)現(xiàn)室溫可調(diào)諧的磁性，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。”