Спиновые бесщелевые полупроводники (SGS) – это новый класс бесщелевых материалов, которые имеют полностью спин-поляризованные электроны и дырки.
Исследование усиливает поиск материалов, которые позволили бы создать сверхбыструю, сверхнизкую энергетическую "спинтронную" электронику без потерь энергии, рассеиваемой за счет электропроводности.
Их определяющее свойство материалов SGS связано с их “ запрещенной зоной ”, зазором между валентной зоной материала и зоной проводимости, которая определяет их электронные свойства.
В общем, один спиновый канал (то есть одно из направлений спина, вверх или вниз) является полупроводником с конечной шириной запрещенной зоны, а другой спиновый канал имеет закрытую (нулевую) запрещенную зону.
В бесспиновом полупроводнике (SGS) края зоны проводимости и валентной зоны соприкасаются в одном спиновом канале, и не требуется пороговая энергия для перемещения электронов из занятых (валентных) состояний в пустые (проводящие) состояния.
Это свойство придает этим материалам уникальные свойства: их ленточные структуры чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям (например, давлению или магнитному полю).
Большинство материалов SGS – это все ферромагнитные материалы с высокими температурами Кюри.
Зонная структура SGS может иметь два типа энергийно-импульсной дисперсии: дираковская (линейная) дисперсия или параболическая дисперсия.
В новом обзоре исследуются как Дирака, так и три подтипа параболических SGS в различных материальных системах.
Для СГС дираковского типа подвижность электронов на два-четыре порядка выше, чем в классических полупроводниках.
Для возбуждения электронов в SGS требуется очень мало энергии, концентрации зарядов очень легко «настраиваются». Например, это можно сделать, введя новый элемент (легирование) или приложив магнитное или электрическое поле (стробирование).
Спиновые бесщелевые полупроводники дираковского типа демонстрируют полностью спин-поляризованные дираковские конусы и предлагают платформу для спинтроники и электроники с низким энергопотреблением через бездиссипативные краевые состояния, управляемые квантовым аномальным эффектом Холла.
"Обрисованы в общих чертах потенциальные применения SGS в устройствах спинтроники следующего поколения, наряду с низкоуровневой электроникой и оптоэлектроникой с высокой скоростью и низким энергопотреблением."по словам профессора Сяолинь Вана, директора Института сверхпроводящих и электронных материалов, UoW и руководителя темы FLEET.
Поскольку бесспиновые полупроводники (SGS) были впервые предложены профессором Xiaolin Wang в 2008 году, усилия во всем мире по поиску подходящих материалов-кандидатов были особенно сосредоточены на SGS типа Dirac.
В последнее десятилетие большое количество SGS Дирака или параболического типа было предсказано теорией функционала плотности, а некоторые параболические SGS были экспериментально продемонстрированы как в монослойных, так и в объемных материалах.