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。