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源于非晶合金的透明磁性半导体

陈娜 张盈祺 姚可夫

源于非晶合金的透明磁性半导体

陈娜, 张盈祺, 姚可夫
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  • 磁性半导体兼具磁性和半导体特性,通过操控电子自旋,有望实现接近完全的电子极化,提供一种全新的导电方式和器件概念.目前磁性半导体的研究对象主要为稀磁半导体,采用在非磁性半导体中添加过渡族磁性元素使半导体获得内禀磁性的方法进行制备.但大部分稀磁半导体仅具有低温磁性,成为限制其在室温可操控电子器件中应用的瓶颈.针对这一关键科学问题,本文提出与传统稀磁半导体制备方法相反的合成思路,在磁性非晶合金中引入非金属元素诱发金属-半导体转变,使磁性非晶获得半导体电性,研制出具有新奇磁、光、电耦合特性的非晶态浓磁半导体,揭示其载流子调制磁性的内禀机理,发展出可在室温下工作的p-n结及电控磁器件.
      通信作者: 陈娜, chennadm@mail.tsinghua.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51471091)资助的课题.
    [1]

    Waldrop M M 2016 Nature 530 144

    [2]

    Ohno H 1998 Science 281 951

    [3]

    Zhao J H, Deng J J, Zheng H Z 2007 Prog. Phys. 27 109 (in Chinese) [赵建华, 邓加军, 郑厚植 2007 物理学进展 27 109]

    [4]

    Kuang L A, Liu X C, Lu Z L, Ren S K, Liu C Y, Zhang F M, Du Y W 2005 Acta Phys. Sin. 54 2934 (in Chinese) [匡龙安, 刘兴翀, 路忠林, 任尚坤, 刘存业, 张凤鸣, 都有为 2005 物理学报 54 2934]

    [5]

    What don't we know? (special section) 2005 Science 309 82

    [6]

    Kasuya T, Yanase A 1968 Rev. Mod. Phys. 40 684

    [7]

    Munekata H, Ohno H, Molnar S, Segmller A, Chang A A, Esaki L 1989 Phys. Rev. Lett. 63 1849

    [8]

    Ohno Y, Yong D K, Beschoten B, Matsukura F, Ohno H, Awschalom D D 1999 Nature 402 790

    [9]

    Ohno H, Chiba D, Matsukura F, Omiya T, Abe E, Dietl T, Ohno Y, Ohtani K 2000 Nature 408 944

    [10]

    Dietl T, Ohno H, Matsukura F, Cibert J, Ferrand D 2000 Science 287 1019

    [11]

    Pan F, Song C, Liu X J, Yang Y C, Zeng F 2008 Mater. Sci. Eng. R 62 1

    [12]

    Sharma P, Gupta A, Rao K V, Owens F J, Sharma R, Ahuja R, Guillen J M O, Johansson B, Gehring G A 2003 Nat. Mater. 2 673

    [13]

    Matsumoto Y, Murakami M, Shono T, Hasegawa T, Fukumura T, Kawasaki M, Ahmet P, Chikyow T, Koshihara S, Koinuma H 2001 Science 291 584

    [14]

    Interview with Chambers S 2010 Nat. Mater. 9 956

    [15]

    Coey J M D, Chambers S A 2008 MRS Bull. 33 1053

    [16]

    Editorial 2010 Nat. Mater. 9 951

    [17]

    Samarth N 2010 Nat. Mater. 9 955

    [18]

    Zhou S Q, Li L, Yuan Y, Rushforth A W, Chen L, Wang Y T, Bottger R, Heller R, Zhao J H, Edmonds K W, Campion R P, Gallagher B L, Timm C, Helm M 2016 Phys. Rev. B 94 075205

    [19]

    Xu D Q, Li P X, Lou Y L, Yue G L, Zhang C, Zhang Y, Liu N Z, Yang B 2016 Acta Phys. Sin. 65 197501 (in Chinese) [徐大庆, 李培咸, 娄永乐, 岳改丽, 张超, 张岩, 刘宁庄, 杨波 2016 物理学报 65 197501]

    [20]

    Dietl T, Ohno H 2014 Rev. Mod. Phys. 86 187

    [21]

    Jungwirth T, Wunderlich J, Nová V, Olejník K, Gallagher B L, Campion R P, Edmonds K W, Rushforth A W, Ferguson A J, Němec P 2014 Rev. Mod. Phys. 86 855

    [22]

    Zhao Q, Xiong Z H, Luo L, Sun Z H, Qin Z Z, Chen L L, Wu N 2017 Appl. Surf. Sci. 396 480

    [23]

    Deng Z, Jin C Q, Liu Q Q, Wang X C, Zhu J L, Feng S M, Chen L C, Yu R C, Arguello C, Goko T, Ning F, Zhang J, Wang Y, Aczel AA, Munsie T, Williams T J, Luke G M, Kakeshita T, Uchida S, Higemoto W, Ito T U, Gu B, Maekawa S, Morris G D, Uemura Y J 2011 Nat. Commun. 2 442

    [24]

    Sun F, Zhao G Q, Escanhoela C A, Chen B J, Kou R H, Wang Y G, Xiao Y M, Chow P, Mao H K, Haskel D, Yang W G, Jin C Q 2017 Phys. Rev. B 95 094412

    [25]

    Zhao K, Zeng Z, Wang X C, Han W, Zhu J L, Li X, Liu Q Q, Yu R C, Goko T, Frandsen B, Liu L, Ning F L, Uemura Y J, Dabkowsk H, Luke G M, Luetkens H, Morenzoni E, Dunsiger S R, Senyshyn A, Böni P, Jin C Q 2013 Nat. Commun. 4 1442

    [26]

    Tu N T, Hai P N, Anh L D, Tanaka M 2016 Appl. Phys. Lett. 108 192401

    [27]

    Coey J M D, Venkatesan M, Fitzgerald C B 2005 Nat. Mater. 4 173

    [28]

    Coey M, Ackland K, Venkatesan M, Sen S 2016 Nat. Phys. 12 694

    [29]

    Fan Y, Kou X, Upadhyaya P, Shao Q, Pan L, Lang M, Che X, Tang J, Montazeri M, Murata K, Chang L T, Akyol M, Yu G, Nie T, Wong K L, Liu J, Wang Y, Tserkovnyak Y, Wang K L 2016 Nat. Nnotech. 11 352

    [30]

    Chen L, Yang X, Yang F, Zhao J, Misuraca J, Xiong P, Molnar S 2011 Nano Lett. 11 2584

    [31]

    Paluskar P V, Lavrijsen R, Sicot M, Kohlhepp J T, Swagten H J M, Koopmans B 2009 Phys. Rev. Lett. 102 016602

    [32]

    Gale W F, Totemeir T C 2004 Smithells Metals Reference Book (Ch. 8) (Burlington: Elsevier Buterworth-Heinmann) Table 8.8e

    [33]

    Chen G H, Deng J X, Cui M, Song X M 2012 Novel Thin Film Materials for Electronics (Beijing: Chemical Industry Press) p28 (in Chinese) [陈光华, 邓金祥, 崔敏, 宋雪梅 2012 新型电子薄膜材料(北京: 化学工业出版社)第28页]

    [34]

    Nomura K, Ohta H, Takagi A, Kamiya T, Hirano M, Hosono H 2004 Nature 432 488

    [35]

    Kim Y H, Heo J S, Kim T H, Park S, Yoon M H, Kim J, Oh M S, Yi G R, Noh Y Y, Park S K 2012 Nature 489 128

    [36]

    Manyala N, DiTusa J F, Aeppli G, Young D P, Fisk Z 2000 Nature 404 581

    [37]

    Pellegren J P, Sokalski V M 2015 IEEE Trans. Magn. 51 3400903

    [38]

    Liu W J, Zhang H X, Shi J, Wang Z C, Song C, Wang X R, Lu S Y, Zhou X J, Gu L, Louzguine-Luzgin D M, Chen M W, Yao K F, Chen N 2016 Nat. Commun. 7 13497

    [39]

    Hildebrandt E, Kurian J, Mller M M, Schroeder T, Kleebe H J, Alff L 2011 Appl. Phys. Lett. 99 112902

    [40]

    Narushima S, Mizoguchi H, Shimizu K, Ueda K, Ohta H, Hirano M, Kamiya T, Hosono H 2003 Adv. Mater. 15 1409

  • [1]

    Waldrop M M 2016 Nature 530 144

    [2]

    Ohno H 1998 Science 281 951

    [3]

    Zhao J H, Deng J J, Zheng H Z 2007 Prog. Phys. 27 109 (in Chinese) [赵建华, 邓加军, 郑厚植 2007 物理学进展 27 109]

    [4]

    Kuang L A, Liu X C, Lu Z L, Ren S K, Liu C Y, Zhang F M, Du Y W 2005 Acta Phys. Sin. 54 2934 (in Chinese) [匡龙安, 刘兴翀, 路忠林, 任尚坤, 刘存业, 张凤鸣, 都有为 2005 物理学报 54 2934]

    [5]

    What don't we know? (special section) 2005 Science 309 82

    [6]

    Kasuya T, Yanase A 1968 Rev. Mod. Phys. 40 684

    [7]

    Munekata H, Ohno H, Molnar S, Segmller A, Chang A A, Esaki L 1989 Phys. Rev. Lett. 63 1849

    [8]

    Ohno Y, Yong D K, Beschoten B, Matsukura F, Ohno H, Awschalom D D 1999 Nature 402 790

    [9]

    Ohno H, Chiba D, Matsukura F, Omiya T, Abe E, Dietl T, Ohno Y, Ohtani K 2000 Nature 408 944

    [10]

    Dietl T, Ohno H, Matsukura F, Cibert J, Ferrand D 2000 Science 287 1019

    [11]

    Pan F, Song C, Liu X J, Yang Y C, Zeng F 2008 Mater. Sci. Eng. R 62 1

    [12]

    Sharma P, Gupta A, Rao K V, Owens F J, Sharma R, Ahuja R, Guillen J M O, Johansson B, Gehring G A 2003 Nat. Mater. 2 673

    [13]

    Matsumoto Y, Murakami M, Shono T, Hasegawa T, Fukumura T, Kawasaki M, Ahmet P, Chikyow T, Koshihara S, Koinuma H 2001 Science 291 584

    [14]

    Interview with Chambers S 2010 Nat. Mater. 9 956

    [15]

    Coey J M D, Chambers S A 2008 MRS Bull. 33 1053

    [16]

    Editorial 2010 Nat. Mater. 9 951

    [17]

    Samarth N 2010 Nat. Mater. 9 955

    [18]

    Zhou S Q, Li L, Yuan Y, Rushforth A W, Chen L, Wang Y T, Bottger R, Heller R, Zhao J H, Edmonds K W, Campion R P, Gallagher B L, Timm C, Helm M 2016 Phys. Rev. B 94 075205

    [19]

    Xu D Q, Li P X, Lou Y L, Yue G L, Zhang C, Zhang Y, Liu N Z, Yang B 2016 Acta Phys. Sin. 65 197501 (in Chinese) [徐大庆, 李培咸, 娄永乐, 岳改丽, 张超, 张岩, 刘宁庄, 杨波 2016 物理学报 65 197501]

    [20]

    Dietl T, Ohno H 2014 Rev. Mod. Phys. 86 187

    [21]

    Jungwirth T, Wunderlich J, Nová V, Olejník K, Gallagher B L, Campion R P, Edmonds K W, Rushforth A W, Ferguson A J, Němec P 2014 Rev. Mod. Phys. 86 855

    [22]

    Zhao Q, Xiong Z H, Luo L, Sun Z H, Qin Z Z, Chen L L, Wu N 2017 Appl. Surf. Sci. 396 480

    [23]

    Deng Z, Jin C Q, Liu Q Q, Wang X C, Zhu J L, Feng S M, Chen L C, Yu R C, Arguello C, Goko T, Ning F, Zhang J, Wang Y, Aczel AA, Munsie T, Williams T J, Luke G M, Kakeshita T, Uchida S, Higemoto W, Ito T U, Gu B, Maekawa S, Morris G D, Uemura Y J 2011 Nat. Commun. 2 442

    [24]

    Sun F, Zhao G Q, Escanhoela C A, Chen B J, Kou R H, Wang Y G, Xiao Y M, Chow P, Mao H K, Haskel D, Yang W G, Jin C Q 2017 Phys. Rev. B 95 094412

    [25]

    Zhao K, Zeng Z, Wang X C, Han W, Zhu J L, Li X, Liu Q Q, Yu R C, Goko T, Frandsen B, Liu L, Ning F L, Uemura Y J, Dabkowsk H, Luke G M, Luetkens H, Morenzoni E, Dunsiger S R, Senyshyn A, Böni P, Jin C Q 2013 Nat. Commun. 4 1442

    [26]

    Tu N T, Hai P N, Anh L D, Tanaka M 2016 Appl. Phys. Lett. 108 192401

    [27]

    Coey J M D, Venkatesan M, Fitzgerald C B 2005 Nat. Mater. 4 173

    [28]

    Coey M, Ackland K, Venkatesan M, Sen S 2016 Nat. Phys. 12 694

    [29]

    Fan Y, Kou X, Upadhyaya P, Shao Q, Pan L, Lang M, Che X, Tang J, Montazeri M, Murata K, Chang L T, Akyol M, Yu G, Nie T, Wong K L, Liu J, Wang Y, Tserkovnyak Y, Wang K L 2016 Nat. Nnotech. 11 352

    [30]

    Chen L, Yang X, Yang F, Zhao J, Misuraca J, Xiong P, Molnar S 2011 Nano Lett. 11 2584

    [31]

    Paluskar P V, Lavrijsen R, Sicot M, Kohlhepp J T, Swagten H J M, Koopmans B 2009 Phys. Rev. Lett. 102 016602

    [32]

    Gale W F, Totemeir T C 2004 Smithells Metals Reference Book (Ch. 8) (Burlington: Elsevier Buterworth-Heinmann) Table 8.8e

    [33]

    Chen G H, Deng J X, Cui M, Song X M 2012 Novel Thin Film Materials for Electronics (Beijing: Chemical Industry Press) p28 (in Chinese) [陈光华, 邓金祥, 崔敏, 宋雪梅 2012 新型电子薄膜材料(北京: 化学工业出版社)第28页]

    [34]

    Nomura K, Ohta H, Takagi A, Kamiya T, Hirano M, Hosono H 2004 Nature 432 488

    [35]

    Kim Y H, Heo J S, Kim T H, Park S, Yoon M H, Kim J, Oh M S, Yi G R, Noh Y Y, Park S K 2012 Nature 489 128

    [36]

    Manyala N, DiTusa J F, Aeppli G, Young D P, Fisk Z 2000 Nature 404 581

    [37]

    Pellegren J P, Sokalski V M 2015 IEEE Trans. Magn. 51 3400903

    [38]

    Liu W J, Zhang H X, Shi J, Wang Z C, Song C, Wang X R, Lu S Y, Zhou X J, Gu L, Louzguine-Luzgin D M, Chen M W, Yao K F, Chen N 2016 Nat. Commun. 7 13497

    [39]

    Hildebrandt E, Kurian J, Mller M M, Schroeder T, Kleebe H J, Alff L 2011 Appl. Phys. Lett. 99 112902

    [40]

    Narushima S, Mizoguchi H, Shimizu K, Ueda K, Ohta H, Hirano M, Kamiya T, Hosono H 2003 Adv. Mater. 15 1409

  • [1] 王锋, 潘荣萱, 林海容. 非晶FexZn1-xO薄膜的结构、磁性和电性能. 物理学报, 2012, 61(24): 247501. doi: 10.7498/aps.61.247501
    [2] 朱海哲, 阮莹, 谷倩倩, 闫娜, 代富平. 落管中Ni-Fe-Ti合金的快速凝固机理及其磁学性能. 物理学报, 2017, 66(13): 138101. doi: 10.7498/aps.66.138101
    [3] 陆曹卫, 卢志超, 孙 克, 李德仁, 周少雄. 水雾化制备Fe74Al4Sn2P10C2B4Si4非晶合金粉末及其磁粉芯性能研究. 物理学报, 2006, 55(5): 2553-2556. doi: 10.7498/aps.55.2553
    [4] 霍军涛, 盛威, 王军强. 非晶合金的磁热效应及磁蓄冷性能. 物理学报, 2017, 66(17): 176409. doi: 10.7498/aps.66.176409
    [5] 董正超. 磁性半导体/磁性d波超导结中的自旋极化输运. 物理学报, 2008, 57(9): 5937-5943. doi: 10.7498/aps.57.5937
    [6] 周剑平, 陈诺夫, 宋书林, 柴春林, 杨少延, 刘志凯, 林兰英. Si被注入Gd后的磁性及其整流特性的研究. 物理学报, 2003, 52(6): 1469-1473. doi: 10.7498/aps.52.1469
    [7] 路忠林, 邹文琴, 王申, 刘圆, 陆路, 郦莉, 张凤鸣, 都有为. Mn和N共掺ZnO稀磁半导体薄膜的研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5763-5767. doi: 10.7498/aps.58.5763
    [8] 史慧刚, 付军丽, 薛德胜. 非晶Fe89.7P10.3合金纳米线阵列的磁性研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3862-3866. doi: 10.7498/aps.54.3862
    [9] 姚可夫, 施凌翔, 陈双琴, 邵洋, 陈娜, 贾蓟丽. 铁基软磁非晶/纳米晶合金研究进展及应用前景. 物理学报, 2018, 67(1): 016101. doi: 10.7498/aps.67.20171473
    [10] 朱亮清, 林铁, 郭少令, 褚君浩. 非简并p型Hg1-xMnxTe单晶(x0.17)的负磁电阻机理研究. 物理学报, 2012, 61(8): 087501. doi: 10.7498/aps.61.087501
    [11] 张 泽, 宋红强, 颜世申, 梅良模, 王 勇. 退火对高Co含量Ti1-xCoxO2磁性半导体的影响. 物理学报, 2008, 57(7): 4534-4538. doi: 10.7498/aps.57.4534
    [12] 卞西磊, 王刚. 非晶合金的离子辐照效应. 物理学报, 2017, 66(17): 178101. doi: 10.7498/aps.66.178101
    [13] 王峥, 汪卫华. 非晶合金中的流变单元. 物理学报, 2017, 66(17): 176103. doi: 10.7498/aps.66.176103
    [14] 仵彦卿, 李金富, 周尧和, 闫志杰. 压痕塑性变形诱导非晶合金的晶化. 物理学报, 2007, 56(2): 999-1003. doi: 10.7498/aps.56.999
    [15] 柳延辉. 非晶合金的高通量制备与表征. 物理学报, 2017, 66(17): 176106. doi: 10.7498/aps.66.176106
    [16] 管鹏飞, 王兵, 吴义成, 张珊, 尚宝双, 胡远超, 苏锐, 刘琪. 不均匀性:非晶合金的灵魂. 物理学报, 2017, 66(17): 176112. doi: 10.7498/aps.66.176112
    [17] 柯海波, 蒲朕, 张培, 张鹏国, 徐宏扬, 黄火根, 刘天伟, 王英敏. 铀基非晶合金的发展现状. 物理学报, 2017, 66(17): 176104. doi: 10.7498/aps.66.176104
    [18] 平志海, 钟鸣, 龙志林. 基于逾渗理论的非晶合金屈服行为研究. 物理学报, 2017, 66(18): 186101. doi: 10.7498/aps.66.186101
    [19] 冯涛, Horst Hahn, Herbert Gleiter. 纳米结构非晶合金材料研究进展. 物理学报, 2017, 66(17): 176110. doi: 10.7498/aps.66.176110
    [20] 孙星, 默广, 赵林志, 戴兰宏, 吴忠华, 蒋敏强. 小角X射线散射表征非晶合金纳米尺度结构非均匀. 物理学报, 2017, 66(17): 176109. doi: 10.7498/aps.66.176109
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-26
  • 修回日期:  2017-06-20
  • 刊出日期:  2017-09-05

源于非晶合金的透明磁性半导体

    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:51471091)资助的课题.

摘要: 磁性半导体兼具磁性和半导体特性,通过操控电子自旋,有望实现接近完全的电子极化,提供一种全新的导电方式和器件概念.目前磁性半导体的研究对象主要为稀磁半导体,采用在非磁性半导体中添加过渡族磁性元素使半导体获得内禀磁性的方法进行制备.但大部分稀磁半导体仅具有低温磁性,成为限制其在室温可操控电子器件中应用的瓶颈.针对这一关键科学问题,本文提出与传统稀磁半导体制备方法相反的合成思路,在磁性非晶合金中引入非金属元素诱发金属-半导体转变,使磁性非晶获得半导体电性,研制出具有新奇磁、光、电耦合特性的非晶态浓磁半导体,揭示其载流子调制磁性的内禀机理,发展出可在室温下工作的p-n结及电控磁器件.

English Abstract

参考文献 (40)

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