清华材料学院陈娜等在室温磁性半导体及器件研
首页
阅读:
admin
2019-10-01 21:18

  近日,材料学院材料加工研究所非晶合金研究组陈娜副研究员和合作者通过诱导磁性金属玻璃发生金属-半导体转变的方式,开发出居里温度高于600 K的p型磁性半导体,并基于此磁性半导体实现了室温p-n结和电控磁器件的制备(图1b和c)。该成果于12月8日在《自然通讯》(Nature communications)在线发表,论文标题为“源于铁磁金属玻璃的室温磁性半导体”(A room-temperature magnetic semiconductor from a ferromagnetic metallic glass)。

  图1 (a)磁性半导体操控电荷和自旋示意图,(b)居里温度高于600K的p型磁性半导体,直接带隙约为2.4 eV,(c)基于该磁性半导体的室温电控磁器件表明其磁性为载流子调制。

  磁性半导体兼具磁性和半导体特性,可以满足人们对电荷和自旋同时调控的期望,实现对信息的加工处理、存储乃至输运,提供了一种全新的导电方式和器件概念(图1a)。这种特性可用于开发新一代电子器件,如自旋场效应管和自旋发光二极管等,将会大幅度降低能耗、增加集成密度、提高数据运算速度,在未来电子行业具有非常诱人的应用前景。《科学》(science)杂志在2005年提出125个重要科学问题,其中“有没有可能创造出室温能够工作的磁性半导体材料”,就是专门针对这种新型自旋电子学材料。

  探索高居里温度磁性半导体,并基于此材料开发室温实用型自旋电子器件一直是自旋电子学领域的研究目标。针对这一关键科学问题,陈娜及其合作者通过在居里温度远高于室温的磁性金属玻璃中引入诱发半导体电性的元素使磁性金属转变为半导体(图1b),并基于该p型磁性半导体与n型单晶硅集成实现了p-n异质结和p-n-p结构的制备,表明该新型磁性半导体可以和现有硅基半导体工业兼容。与此同时,对于载流子调制磁性的磁性半导体而言,其电学和磁学性能相互关联;而基于此新型磁性半导体制备的电控磁器件通过外加门电压调控其载流子浓度,实现了室温磁性的显著调控,进一步证实该p型磁性半导体的本征电磁耦合特性(图1c)。

  该工作是陈娜指导材料学院硕士生刘文剑和张红霞共同完成,参与该工作的还有清华大学材料学院姚可夫教授和宋成副教授、日本东北大学的王中长副教授、香港科技大学的王向荣教授、中科院物理所的谷林教授等。论文的共同第一作者为硕士生刘文剑和张红霞,论文的通讯作者为陈娜。该研究工作得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金和教育部博士点基金的支持。

  近日,材料学院李正操教授课题组与合作者在《自然·通讯》发表题为“原位监测锂金属电极循环过程中的锂空间分布”的研究论文。该研究利用核技术手段,将原位中子深度分析与同位素方法结合,定量地解析了锂金属电池沉积/溶解过程的锂元素在空间分布的不均匀性,对安全高性能锂金属电极的开发和应用具有重要的指导意义。

  4月16日,清华大学材料学院刘锴副教授团队与合作者在国际材料科学领域著名学术期刊《今日材料》上在线发表长篇综述文章《二氧化钒物性及应用的最新进展》。研究系统评述了二氧化钒(VO2)材料的相变特性、性能调控及应用前景,以及近十几年来二氧化钒材料研究领域新的进展及面临的挑战。

  10月25日,在美国亚特兰大市举行的第36届国际光电子与激光应用会议上,美国激光学会正式宣布,清华大学材料学院钟敏霖教授被选为2018年度美国激光学会的“当选主席”(President-Elect),即“候任主席”。按正常程序,钟敏霖教授将于2019年度正式担任美国激光学会主席。

  9月20日,清华大学材料学院唐子龙教授研究组在《自然·通讯》上发表题为《一种钛酸锂水合物——用于快速充放电且稳定循环的锂离子电池》的研究成果。该成果针对钛基储能材料领域,报道了一系列钛酸锂水合物,应用于超长循环寿命且高倍率性能的锂离子电池,有效拓展了储能材料的研究范围,并提供了电极材料改性的新思路。

  清华大学材料学院朱宏伟教授团队与合作者在英国皇家化学学会旗下的《化学学会评论》(Chemical Society Reviews)期刊上在线发表长篇综述论文《石墨烯-表面的物理与化学》(The physics and chemistry of graphene-on-surfaces),系统总结了典型的石墨烯表界面结构,分析了石墨烯与不同表面的相互作用及其性能对表界面的依赖性,在此基础上论述了石墨烯在光电、表面催化、超润滑、涂层和复合材料等领域的潜在应用。

  6月19日,清华大学材料学院李敬锋教授课题组在《先进材料》上在线发表了题为“高性能铌钽酸银无铅反铁电储能陶瓷” 的研究论文,报道了课题组在铁电陶瓷储能材料研究方面取得的重要进展。该项成果不仅发现了一种具有高储能密度和良好温度稳定性的无铅反铁电陶瓷材料,而且其反铁电性增强机制的研究为无铅反铁电储能陶瓷材料的研发提供了新思路。

  4月17日,清华大学材料学院周济教授课题组在物理学期刊《物理评论快报》上发表题为“由电磁耦合超构分子产生的人工非线性”的研究成果。该成果基于经典电磁学理论,利用超构材料思想,提出了一种全新的人工光学非线