新稀磁半导体可望实现自旋电子发展前景

来源：  作者：closeyu  发布：2013-10-07  点击：

自旋电子元件可望成为原子级非挥发性元件──透过为电子(而非电荷)自旋(上自旋或下自旋)的资讯进行编码，可望为电子电路实现超低功耗作业，甚至在切关电源后仍能记忆电路状态。然而，遗憾的是，这一类所谓的「稀磁性半导体」(DMS)元件大部份都不具有矽晶相容性。

如今，美国北卡罗莱纳州立大学(NCSU)的研究人员发现了一种可相容于矽晶的室温稀磁半导体。研究人员们已经成功地在矽基板上薄氧化锆介面沈积出这种锶锡氧化物(Sr3SnO)。

从高解析度穿透式电子显微镜影像的横截面显示在矽基板上的外延锶锡氧化物(Sr3SnO)以及钇安定氧化锆(c-YSZ)。

（来源：北卡罗莱纳州立大学）

「稀磁半导体可为自旋电子元件带来发展前景，使其得以在电子磁自旋时储存资讯，」北卡罗莱纳州立大学教授Jay Narayan表示。

「其他材料如氧化锌也是稀磁半导体，但却不容易沈积在矽晶上。然而，由于锶氧化锡的立方对称性与晶格系数近似于矽晶，因而能轻易地整合在矽基板上。」

其他的研究团队也在尝试利用稀磁半导体，但很多团队都使用砷化铟或砷化镓等III-V族材料。虽然根据一些团队的报告，锗量子点可相容于矽晶，但却不能应用在室温下。而今，NSCU实验室的研究成果显示，所发现的新稀磁半导体不仅相容于矽晶，还能在室温下作业。

事实上，研究人员们──包括NCSU教授Justin Schwartz，本来并不是为了自旋电子而寻找矽相容材料，而是期望找到一种拓扑绝缘体材料──这是一种整体性质都是绝缘体，但最上层却可导电的半导体材料。然而，由于这些材料表现出锶锡氧化物的特色，研究人员发现，这也是一种稀磁半导体。

Narayan说：「锶锡氧化物( SSO)理论上被预期为一种拓扑绝缘体( TI)，经实验后却在SSO薄膜中发现某些TI特性。而且，我们发现它是室温下的一种稀磁性半导体，可在纯氧环境经由退火过程调节其特性。」

接下来，研究人员们计划开始采用这种新材料来制作自旋电子电晶体，以证实锶锡氧化物能为矽晶半导体提供一个具有发展前景的新方向。