磁性半導(dǎo)體在電子元器件一個(gè)重要的應(yīng)用，能控制電子的自旋自由度，并且能提供接近完全的自旋極化，研究人員一直對(duì)其進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)，為工業(yè)生產(chǎn)提供更好的材料。日前，中國(guó)半導(dǎo)體研究所聯(lián)合美國(guó)研究人員在有機(jī)自組裝分子單層對(duì)磁性半導(dǎo)體(Ga,Mn)As薄膜磁性調(diào)控研究方面取得新進(jìn)展。
　　
　　據(jù)悉，有機(jī)自組裝分子單層對(duì)磁性半導(dǎo)體(Ga,Mn)As薄膜磁性調(diào)控研究的相關(guān)成果發(fā)表在Advanced Materials上，并被編輯選作期刊卷首。該成果由中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙建華團(tuán)隊(duì)及合作者美國(guó)佛羅里達(dá)州立大學(xué)教授熊鵬等聯(lián)合完成。
　　
　　近年來(lái)，分子界面化學(xué)與自旋電子學(xué)交叉研究受到高度關(guān)注。利用分子界面對(duì)磁性材料中電子自旋布局的調(diào)控，可以驅(qū)動(dòng)載流子集合的自旋取向，或?qū)蝹€(gè)電子和少數(shù)電子自旋進(jìn)行相干操控。王曉蕾等研究了有機(jī)分子與(Ga,Mn)As薄膜界面對(duì)(Ga,Mn)As的居里溫度、矯頑力、自旋輸運(yùn)以及霍爾效應(yīng)等的調(diào)制作用。Mn摻雜引入的空穴導(dǎo)致(Ga,Mn)As中局域Mn離子之間產(chǎn)生了鐵磁交換作用，通常采用外加電場(chǎng)調(diào)節(jié)載流子濃度的方法來(lái)調(diào)控(Ga,Mn)As的磁性，但該方法對(duì)居里溫度調(diào)控范圍很有限，通常只能達(dá)到幾K。王曉蕾等利用納米點(diǎn)樣儀（DPN）——一種基于原子力顯微鏡的蘸筆納米加工刻蝕新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了達(dá)到沉積從70納米到10微米范圍的自組裝有機(jī)分子圖案。不同的有機(jī)分子通過(guò)熱蒸發(fā)和化學(xué)吸附手段分別附著到(Ga,Mn)As表面，提供空穴和電子的注入，誘導(dǎo)(Ga,Mn)As薄膜內(nèi)發(fā)生較大的載流子濃度變化，從而增強(qiáng)和減弱半導(dǎo)體薄膜的磁性，使其居里溫度變化最高達(dá)到36K，遠(yuǎn)高于外電場(chǎng)調(diào)控所達(dá)到的幅度。這項(xiàng)工作提供了一種調(diào)控磁性半導(dǎo)體中自旋的新手段，無(wú)論對(duì)于基礎(chǔ)研究還是未來(lái)信息儲(chǔ)存和量子計(jì)算等方面都具有重要的意義。
　　
　　該項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院的經(jīng)費(fèi)支持。