磁性半導(dǎo)體在電子元器件一個重要的應(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，研究人員一直對其進一步的開發(fā)，為工業(yè)生產(chǎn)提供更好的材料。日前，中國半導(dǎo)體研究所聯(lián)合美國研究人員在有機自組裝分子單層對磁性半導(dǎo)體(Ga,Mn)As薄膜磁性調(diào)控研究方面取得新進展。
　　
　　據(jù)悉，有機自組裝分子單層對磁性半導(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。該成果由中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體超晶格國家重點實驗室趙建華團隊及合作者美國佛羅里達州立大學(xué)教授熊鵬等聯(lián)合完成。
　　
　　近年來，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。利用分子界面對磁性材料中電子自旋布局的調(diào)控，可以驅(qū)動載流子集合的自旋取向，或?qū)蝹€電子和少數(shù)電子自旋進行相干操控。王曉蕾等研究了有機分子與(Ga,Mn)As薄膜界面對(Ga,Mn)As的居里溫度、矯頑力、自旋輸運以及霍爾效應(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，通常采用外加電場調(diào)節(jié)載流子濃度的方法來調(diào)控(Ga,Mn)As的磁性，但該方法對居里溫度調(diào)控范圍很有限，通常只能達到幾K。王曉蕾等利用納米點樣儀（DPN）——一種基于原子力顯微鏡的蘸筆納米加工刻蝕新技術(shù)，實現(xiàn)了達到沉積從70納米到10微米范圍的自組裝有機分子圖案。不同的有機分子通過熱蒸發(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，從而增強和減弱半導(dǎo)體薄膜的磁性，使其居里溫度變化最高達到36K，遠高于外電場調(diào)控所達到的幅度。這項工作提供了一種調(diào)控磁性半導(dǎo)體中自旋的新手段，無論對于基礎(chǔ)研究還是未來信息儲存和量子計算等方面都具有重要的意義。
　　
　　該項工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院的經(jīng)費支持。