近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室、化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教授楊金龍研究組在尋找具有室溫半金屬
磁性材料方面取得重要理論進(jìn)展，使得制備可在常溫環(huán)境下工作的自旋電子器件成為可能。此成果發(fā)表在《美國化學(xué)會志》上。
自旋電子器件基于電子自旋進(jìn)行信息的傳遞、處理與存儲，具有目前傳統(tǒng)半導(dǎo)體電子器件無法比擬的優(yōu)勢。其中，半金屬
磁性材料由于可以提供完全自旋極化的載流子，被視為構(gòu)建自旋電子器件的理想材料。為使自旋電子器件能在常溫下工作，半金屬
磁性材料必須具有高于室溫的鐵磁居里溫度、較寬的半金屬能隙，以及顯著的磁各向異性能，至今人們還沒有找到同時滿足這些條件的
磁性材料。
楊金龍研究組基于LaMnAsO和LaZnAsO兩種已經(jīng)存在的物質(zhì)，設(shè)計了一種新的層狀合金材料La(Mn0.5Zn0.5)AsO。這是一種與傳統(tǒng)“1111”型鐵基超導(dǎo)體同構(gòu)的反鐵磁半導(dǎo)體材料。通過在該材料的[LaO]+層進(jìn)行電子摻雜(H-/F-替換O2-)，或者空穴摻雜(Ca2+/Sr2+替換La3+)，可以誘導(dǎo)該材料從反鐵磁半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成鐵磁半金屬。理論預(yù)測新材料的居里溫度可達(dá) 600 K(50% 濃度H摻雜)與475 K(25% 濃度Ca摻雜)，半金屬能隙可達(dá)0.74eV。同時，該體系的準(zhǔn)二維結(jié)構(gòu)賦予材料極高的磁各向異性能，其理論預(yù)測值比目前已獲得的半金屬材料高一至兩個數(shù)量級。
這一工作為制備具有室溫半金屬
磁性材料指出了一個明確的方向，有望對自旋電子器件的研究與應(yīng)用產(chǎn)生重要的影響。
上述研究得到了中國科學(xué)院、科技部、國家自然科學(xué)基金委與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的支持。
