Биполярный магнитный полупроводник - Википедия - Bipolar magnetic semiconductor

Биполярные магнитные полупроводники (BMS) - особый класс магнитные полупроводники характеризуется уникальным электронная структура, куда валентная полоса максимум (VBM) и зона проводимости минимум (CBM) полностью спин поляризованный в противоположном направлении вращения.[1] BMS можно описать с помощью трех энергетических щелей: спин-щель Δ2 в валентной зоне (VB), запрещенная зона Δ1 и спин-переворот Δ3 в зоне проводимости (CB).[2] До сих пор биполярные магнитные полупроводники вместе с полуметалл и спиновый бесщелевой полупроводник, рассматривались как три важных класса спинтроник материалы.[3][4]

Управление ориентацией спина носителей в биполярных магнитных полупроводниках с помощью электрического стробирования.

Свойства и потенциальные применения

Предложение биполярного магнитного полупроводника (BMS) направлено на реализацию электрического управления ориентацией спина носителей, что является ключевой научной проблемой при разработке высоких характеристик. спинтроника устройств, поскольку электрическое поле может быть легко применено локально, в отличие от магнитного поля. В BMS ориентацией спина носителей можно управлять, просто изменяя знак приложенного напряжения затвора. При нулевом напряжении затвора (Вграмм = 0), BMS - полупроводник. При отрицательных напряжениях затвора (Вграмм <0), которые сдвигают материал Уровень Ферми (EF) в спин-флип-зазор Δ2 в валентной зоне, BMS проводит с носителями, полностью поляризованными со спином вверх, в то время как проводящие носители меняются, чтобы быть полностью поляризованными со спином вниз, когда положительные напряжения затвора (Vграмм > 0) подтолкнуть уровень Ферми (EF) вверх в спин-флип-щель Δ3 в зоне проводимости. Ожидается, что BMS будет применяться в качестве спинового фильтра с биполярным действием поля и спинового клапана с эффектом поля или в качестве детекторов и сепараторов запутанных электронов.[5][6]

Разработка материалов

Теоретически предсказан ряд материалов BMS, таких как MnPSe3 нанолисты, Сплавы Гейслера FeVXSi (X = Ti, Zr), двойные перовскиты A2CrOsO6 (A = Ca, Sr, Ba) и на основе DPP металлоорганический каркас.[7][8][9][10] Однако экспериментальная реализация электрического контроля ориентации спина в этих материалах все еще остается проблемой и требует дальнейших экспериментальных усилий.

Рекомендации

  1. ^ Фаргадан, Рухолла (01.08.2017). «Биполярный магнитный полупроводник в силиценовых нанолентах». Журнал магнетизма и магнитных материалов. ScienceDirect. 435: 206–211. Дои:10.1016 / j.jmmm.2017.04.016.
  2. ^ Синсин Ли; Сяоцзюнь Ву; Чжэнью Ли; Цзиньлун Ян; Цзяньго Хоу (2012-07-20). «Биполярные магнитные полупроводники: новый класс материалов спинтроники». Наномасштаб. 4 (18): 5680–5685. arXiv:1208.1355. Bibcode:2012Nanos ... 4.5680L. Дои:10.1039 / C2NR31743E. PMID  22874973.
  3. ^ Хунчжэ Пань; Юаньюань Сунь; Юнпин Чжэн; Нуцзян Тан; Ювэй Ду (09.09.2016). «Монослои B4 CN3 и B3 CN4 как перспективные кандидаты в безметалловые материалы спинтроники». Новый журнал физики. 18 (9): 093021. Bibcode:2016NJPh ... 18i3021P. Дои:10.1088/1367-2630/18/9/093021.
  4. ^ Иржи Тучек; Петр Блоньски; Юрий Уголотти; Акшая Кумар Суэйн; Тошиаки Эноки; Радек Зборжил (2018). «Новые химические стратегии импринтинга магнетизма в графене и связанных с ним 2D-материалах для спинтроники и биомедицины». Обзоры химического общества. 47 (11): 3899–3990. Дои:10.1039 / C7CS00288B. PMID  29578212.
  5. ^ Синсин Ли; Цзиньлун Ян (2013-08-07). «Биполярные магнитные материалы для электрического манипулирования ориентацией спиновой поляризации». Физическая химия Химическая физика. 15 (38): 15793–15801. Bibcode:2013PCCP ... 1515793L. Дои:10.1039 / C3CP52623B. PMID  23995379.
  6. ^ Синсин Ли; Цзиньлун Ян (2016-04-19). «Первопринципы проектирования материалов спинтроники». Национальный научный обзор. 3 (3): 365–381. Дои:10.1093 / nsr / nww026.
  7. ^ Синсин Ли; Сяоцзюнь Ву; Цзиньлун Ян (2014-07-18). «Полуметалличность в расслоенном нанолисте MnPSe3 с легированием носителя». Журнал Американского химического общества. 136 (31): 11065–11069. Дои:10.1021 / ja505097m. PMID  25036853.
  8. ^ Цзяхуэй Чжан; Синсин Ли; Цзиньлун Ян (2015-01-27). «Электрический контроль ориентации спинов носителей в сплаве Гейслера FeVTiSi». Журнал химии материалов C. 3 (11): 2563–2567. arXiv:1411.3426. Дои:10.1039 / C4TC02587C.
  9. ^ Синсин Ли; Сяоцзюнь Ву; Чжэнью Ли; Цзиньлун Ян (2015-09-18). «Предложение общей схемы получения спиновой поляризации при комнатной температуре в асимметричных антиферромагнитных полупроводниках». Физический обзор B. 92 (12): 125202. Bibcode:2015PhRvB..92l5202L. Дои:10.1103 / PhysRevB.92.125202.
  10. ^ Синсин Ли; Цзиньлун Ян (2019-04-29). «К магнитным полупроводникам при комнатной температуре в двумерных ферримагнитных металлоорганических решетках». Письма в Журнал физической химии. 10 (10): 2439–2444. Дои:10.1021 / acs.jpclett.9b00769. PMID  31034233.