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中外学者在反铁磁领域发现普适理论

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中外学者在反铁磁领域发现普适理论

  华东师范大学信息科学技术学院褚君浩团队与美国加州大学伯克利分校教授张翔合作,在二维A-type反铁磁中提出了实现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。该成果日前发表于美国《国家科学院院刊》,并被审稿人评价为“令人惊喜”的成果。

  反铁磁具有重要的理论研究价值,但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。2017年,张翔首次在实验中获得二维铁磁性材料Cr2Ge2Te6,由此激发了人们对二维磁性材料的研究兴趣。但目前已发现的二维磁性材料有很大一部分为反铁磁。这使得大量关于二维磁性材料的研究再次止步于应用。

  在测试双层二维磁性材料Cr2Ge2Te6、VSe2等的电子结构时,科学家发现,如双层材料层间为反铁磁交换作用时,施加垂直电场可以很方便地实现100%自旋极化的半金属性质。进一步分析表明,利用半导体性的双层A-type反铁磁(层内铁磁、层间反铁磁)得到半金属性质是一个普适理论。

  褚君浩认为,该研究的重要意义在于,利用双层A-type反铁磁的半金属性质可获得新型的自旋场效应晶体管。

  1990年,Datta提出自旋场效应晶体管。该理论虽备受关注,但精准控制自旋进动状态在实验上困难重重。

  最新论文第一作者、华东师范大学副研究员龚士静告诉《中国科学报》记者,“我们利用电场调控A-type反铁磁的电子结构,实验操作简单方便,基本原理也完全不同于Datta-Das自旋场效应晶体管。通过与实验合作者的多次讨论,我们在论文中加入了很多关于实验可行性的讨论,对获得新型自旋场效应晶体管可能遇到的实际问题进行了详细阐述,使研究工作不仅理论新颖,而且为未来的实验研究提供了充分的细节指导。”

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