Two-Dimensional Room Temperature Ferromagnetic Semiconductors with Quantum Anomalous Hall Effect
获得室温铁磁半导体材料是科学界面临的重大挑战之一，也是实现室温量子反常霍尔效应（QAHE）的基本前提，两者都是人们期待已久的。在这里，我们报告说，基于第一性原理计算，PdBr 3，PtBr 3，PdI3和PtI3单层铁磁半导体与可能的高温QAHE。蒙特卡罗模拟给出PdBr 3和PtBr 3单层的居里温度分别为350 K和375 K。这些二维（2D）材料是陈式绝缘体。PdBr 3和PtBr 3的带隙分别为58.7 meV和28.1 meV与GGA和100.8 meV和45 meV与HSE 06，非常有利于观察室温QAHE。多轨道电子关联揭示了大的带隙。通过对PdBr_3、PtBr_3和PtI_3单分子膜稳定性的考察，预测其在实验中是可行的。本文的工作为利用室温铁磁半导体材料研制自旋电子器件和利用室温量子阱热效应研制无耗散器件提供了新的思路。
2019-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Two dimensional semiconductors with possible high room temperature mobility
本文计算了14种组分为MX $_2$的二维半导体材料的纵向声学声子限制电子迁移率，其中M（= Mo，W，Sn，Hf，Zr，Pt）为过渡金属，X为S，Se，Te。用形变势近似处理散射矩阵。我们发现在这14种化合物中，MoTe $_2$，HfSe $_2$和HfTe $_2$具有高的迁移率和有限的带隙，是最有希望的化合物。声子限制迁移率在室温下可以高于2500 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$。
2014-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature wavelike exciton transport in a van der Waals superatomic semiconductor
该研究在范德华超原子半导体Re6Se8Cl2中发现声学激子-极化子，实现室温下准弹道类波的长距离激子输运，揭示其源于准平能带与强声子耦合，为室温弹道半导体研发提供新方向。
2023-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Highly spin-polarized carriers and strong ferromagnetism in doped perovskite antiferromagnetic semiconductors
本研究通过第一性原理模拟证实，对CaTcO₃和NaOsO₃等室温钙钛矿反铁磁半导体进行载流子掺杂可获得高自旋极化特性与强铁磁性，为自旋电子器件提供了新的候选材料体系。
2023-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Discovering and Understanding 2D Semiconductors with High Intrinsic Carrier Mobility at Room Temperature
二维（2D）半导体在下一代电子学和光电子学中表现出巨大的潜力。然而，目前的2D半导体在室温下固有地具有低载流子迁移率，这显著地限制了其应用。在这里，我们发现了各种新的2D半导体，其迁移率比目前的高一个数量级。这一发现是通过开发有效的描述符来进行2D材料数据库的高通量计算筛选，然后使用最先进的第一原理方法来准确计算迁移率。进一步的分析将其异常的迁移率归因于小的有效质量、高的声速、高的光学声子频率、小的玻恩电荷与极化率的比率和/或弱的电子-声子耦合。我们的工作开辟了新材料，以实现以前难以实现的高器件性能和/或奇异物理，并提高了对载流子输运机制的理解。
2023-01-26 cond-mat.mtrl-sci
A Room-Temperature Ferrotoroidic Material Exhibiting Magnetic Semiconductor Properties with Superhigh Hole Mobility
Fundamental Science on Radiochemistry and Radiation Chemistry Laboratory, Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, Center for Applied Physics and Technology, College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University（北京化学与分子工程学院，应用物理与技术中心，北京分子科学国家实验室，放射化学与辐射化学基础科学实验室，北京大学）
本研究通过超分子自组装制备出室温铁磁铁电材料，展现磁半导体特性与超高载流子迁移率，为新一代MRAM应用提供新材料基础。
2026-02-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.chem-ph
Discovery of room temperature ferromagnetism in metal-free organic semiconductors
创造在温暖环境下工作的磁性半导体仍然是物理科学中的一个巨大挑战。本文报道了居里温度高于400开尔文的无金属二萘嵌苯二酰亚胺半导体的铁磁性。采用溶剂热法还原溶解刚性骨架的苝酰亚胺微晶，通过自组装和氧化过程制备自由基阴离子聚集体。磁性测量显示出饱和磁化强度为0.48 $μ_{\rm B}$/分子的铁磁有序性和明显的磁各向异性。X射线磁性圆二色性谱表明，铁磁性来源于自由基的$π$轨道。我们的研究结果明确地表明，长程铁磁有序可以在室温下存在于有机半导体中，尽管这被直观地认为是不稳定的。
2019-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Efficient nonlinear room-temperature spin injection from ferromagnets into semiconductors through a modified Schottky barrier
我们提出了一个从铁磁体（FM）到半导体（S）自旋注入的自洽微观理论。描述了电子通过带有重掺杂界面S层的改进FM-S肖特基势垒的隧穿和发射。我们计算了这种反向偏置FM-S结的非线性自旋选择特性、非线性I-V特性、电流饱和和自旋积累。我们发现，自旋极化的电流，自旋密度，和穿透长度增加的总电流，直到饱和。我们发现最有效的自旋注入的条件，这是相反的结果，以前的作品，因为本理论建议使用轻掺杂电阻半导体。结果表明，在室温和低电流密度下，非简并高阻半导体中电流和电子的最大自旋极化（自旋积累）可以接近100%。
2004-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Spin-polarized light emitting diode using metal/insulator/semiconductor structures
我们已经成功地生长了铁磁金属（Co，Fe和NiFe）/Al_2O_3/ AlGaAs异质结，具有均匀和平坦的界面。由金属/绝缘体/半导体（MIS）结构组成的发光二极管（LED）的电致发光（EL）在室温下取决于铁磁电极的磁化方向。这一事实表明，实现了从铁磁金属到半导体的自旋注入。自旋注入效率在室温下估计为1%的量级。
2002-02-22 cond-mat.mtrl-sci
A Primary Exploration to Quasi-Two-Dimensional Rare-Earth Ferromagnetic Particles: Holmium-Doped MoS2 Sheet as Room-Temperature Magnetic Semiconductor
近年来，具有强磁性的二维材料和纳米粒子在纳米自旋电子学的基础物理研究中也引起了人们极大的兴趣。更重要的是，具有高居里温度的室温磁性半导体材料对于开发下一代自旋电子和量子计算器件至关重要。在这里，我们开发了一个理论模型的基础上的密度泛函理论计算和Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida理论预测的二维磁性材料的热稳定性。与其他稀土（镝（Dy）和铒（Er））和3d（铜（Cu））杂质相比，掺钬（Ho掺杂）的单层1H-MoS 2被认为是具有强大磁性的有前途的半导体。在杂化HSE 06泛函水平上的计算预测居里温度远高于室温。Ho掺杂的MoS 2片具有完全自旋极化的价带和导带，这是柔性自旋电子应用的先决条件。
2018-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Structural phase transition in monolayer gold(I) telluride: From a room-temperature topologicalinsulator to an auxetic semiconductor
半导体和拓扑绝缘体之间的结构相变在纳米电子学中有着丰富的应用，但在二维（2D）材料中却很少发现。在这项工作中，通过结合从头计算和进化结构搜索，我们研究了两个稳定的二维形式的金（I）碲化物（Au $_{2}$ Te）的正方形对称，记为s（I）-和s（II）-金$_{2}$ Te。s（II）-Au $_{2}$ Te是全局最小结构，是室温拓扑绝缘体。s（I）-Au $_{2}$ Te是一种具有高载流子迁移率和不寻常的面内负泊松比的直接带隙半导体。s（I）和s（II）相都具有超低的杨氏模量，这意味着高柔性。通过施加小的拉伸应变，s（II）-Au $_{2}$ Te可以转变为s（I）-Au $_{2}$ Te。因此，从室温拓扑绝缘体到拉胀半导体的结构相变被发现在二维形式的Au $_{2}$ Te，这使得相变电子器件的潜在应用。此外，我们还借助声子谱和群论分析阐明了相变的机制。
2020-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Screening for Two dimensional MX$_2$ semiconductors with possible high room temperature mobility
本文计算了14种组分为MX $_2$的二维半导体材料的电子迁移率，其中M（= Mo，W，Sn，Hf，Zr，Pt）为过渡金属，X为S，Se，Te。用形变势近似处理散射矩阵。长波纵向声学和光学声子散射。压电散射在没有反转对称性的化合物也被考虑在内。在这14种化合物中，我们发现WSe $_2$，PtS $_2$和PtSe $_2$具有高的电子迁移率和有限的带隙，是一种很有前途的化合物。PtSe $_2$中的声子有限迁移率在室温下达到约3000 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$，这是化合物中最高的。局域密度近似下的带隙为1.25 eV。我们的研究结果可以指导实验，以寻找更好的二维材料，为未来的半导体器件。
2015-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Room-Temperature Ferromagnetic Semiconductors with Large Anomalous Hall Conductivity in Two-Dimensional Cr2Ge2Se6
通过密度泛函理论计算，我们预测了一个稳定的二维（2D）铁磁半导体Cr $_2$ Ge $_2$ Se $_6$，其中的居里温度$T$ $_c$可以显着提高超过室温，通过施加百分之几的应变。此外，2D Cr $_2$ Ge $_2$ Se $_6$和Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$中的异常霍尔电导率被预测为与Fe和Ni的铁磁金属中的异常霍尔电导率相当，并且比稀磁半导体Ga（Mn，As）中的异常霍尔电导率大一个数量级。基于超交换相互作用，应变对二维Cr $_2$ Ge $_2$ Se $_6$中$T$ $_c$的增强可以通过Cr的3个$d$轨道和Se的4个$p$轨道之间能量差的减小来理解。我们的发现突出了通过应变获得室温铁磁半导体的微观机制。
2019-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferromagnetic Semiconductor Nanotubes with Room Curie Temperatures
本研究提出通过单层铁磁性材料构建纳米管的方法，预测了MX₂纳米管中具有室温居里温度的铁磁性半导体，并发现径向电极化，为自旋电子学提供了新材料。
2025-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast dynamics of optically excited charge carriers in the room-temperature antiferromagnetic semiconductor $α$-MnTe
本研究利用时间分辨光学与太赫兹超快光谱，探究室温反铁磁半导体 $α$-MnTe 中电荷载流子的超快动力学，揭示了三个弛豫过程及其对泵浦通量的线性和非线性依赖关系。
2023-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Spin-polarized Tunneling in Hybrid Metal-Semiconductor Magnetic Tunnel Junctions
我们证明了铁磁金属和铁磁半导体之间具有高度失配的电导率有效的自旋极化隧穿。这是由一个大的隧穿磁阻（高达30%）在低温下在外延磁性隧道结组成的铁磁金属（MnAs）和铁磁半导体（GaMnAs）由半导体（AlAs）分离。的电流-电压特性的分析产生的详细信息的非对称隧道势垒。低温电导-电压特性显示出零偏压异常和电导的V^1/2依赖性，表明GaMnAs的态密度存在关联间隙。这些实验表明，MnAs/AlAs异质结构提供了良好的特征隧道结的高效率自旋注入到GaAs。
2002-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Highly polarized injection luminescence in forward-biased ferromagnetic-semiconductor junctions at low spin polarization of current
我们考虑电子从一个双$n$型半导体（$n$ -S）隧穿到一个铁磁体（FM）通过一个非常薄的正偏肖特基势垒导致有效的提取电子自旋从一个薄的$n$ -S层附近的FM-S界面在低自旋极化的电流。我们表明，这种效果可以用于一个有效的极化辐射源中的异质结构，其中积累的自旋极化电子注入从$n$ -S和重组的量子阱中的空穴。辐射极化取决于施加到FM-S结的偏置电压。
2004-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Single crystal studies and electronic structure investigation of a room-temperature semiconductor NaMnAs
本文报道了NaMnAs单晶的合成，证实了它的反铁磁有序性，并用光电子能谱对样品进行了表征。电子结构进行了研究，使用光学透射率，X射线和紫外光谱和理论建模时，使用局域密度近似（LDA）扩展到LDA+U海森堡模型参数确定。光学透射率测量证实了NaMnAs是半导体的理论预测。此外，Néel温度是第一次从磁化强度的温度依赖性，与我们的蒙特卡罗模拟一致。
2021-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Transistors with Chemically Synthesized Layered Semiconductor WS2 Exhibiting 105 Room Temperature Modulation and Ambipolar Behavior
我们报道了用化学合成的层状二维（2D）晶体半导体WS 2制作的场效应晶体管（FET）的实现。二维肖特基势垒FET在室温下具有双极特性和高（~ 105倍）的开/关电流比，电流饱和。该行为归因于2D晶体材料中的能带隙的存在。场效应晶体管对可见光有明显的光响应。该器件具有良好的电子和光学特性，加上层状2D晶体的灵活性，使WS 2对未来的电子和光学器件具有吸引力。
2012-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carbon-doped ZnO: A New Class of Room Temperature Dilute Magnetic Semiconductor
我们报道了碳掺杂ZnO的磁性。我们基于密度泛函理论的第一性原理计算预测，碳取代ZnO中的氧导致每个碳的磁矩为1.78 $μ_B$。理论预测得到了实验证实。用脉冲激光沉积法制备的不同碳浓度的掺碳ZnO薄膜具有铁磁性，居里温度高于400 K，基于薄膜中碳化物含量（$1.5 - 3.0 μ_B$/碳）测量的磁矩与理论预测一致。磁性是由于Zn离子和掺杂的C原子之间的成键耦合。磁电阻和反常霍尔效应的研究表明，掺杂薄膜是具有本征铁磁性的$n$型半导体。碳掺杂ZnO是一种很有前途的室温稀磁半导体，我们的工作为非金属掺杂制备稀磁半导体提供了可能。
2006-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Monolayer Vanadium-doped Tungsten Disulfide: A Room-Temperature Dilute Magnetic Semiconductor
稀磁半导体，通过取代掺杂的自旋极化过渡金属到半导体系统，使实验调制的自旋动力学的方式，持有新的磁电或磁光器件的巨大希望，特别是二维系统，如过渡金属dichalcogenides，强调相互作用和激活谷自由度。二维磁性的实际应用可能需要室温操作、空气稳定性以及（对于磁性半导体）实现最佳掺杂水平而不发生掺杂剂聚集的能力。在这里，我们描述了室温铁磁秩序在半导体钒掺杂的二硫化钨单层生产的一个可靠的单步薄膜硫化方法在非常宽的范围内的钒浓度，高达12原子%，最小的掺杂剂聚集。这些单层开发的p型运输作为钒掺入的函数，并迅速达到双极性。铁磁性在几个原子百分比的中间钒浓度处达到峰值，并且在更高的浓度下降低，这与由于在更近的钒-钒间距处的轨道杂化而导致的淬灭一致，如由透射电子显微镜、磁力测定法和第一性原理计算所支持的。室温二维稀磁半导体为拓展范德瓦尔斯异质结构的功能范围，使半导体磁性二维异质结构进入实际应用领域提供了一种新的器件。
2020-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric control of bipolar magnetic semiconductor with room Curie temperature
本文通过密度泛函理论预测了居里温度352 K的二维双极磁性半导体Cr2NiSe4，并利用Al2Se3铁电极化反转实现载流子自旋极化的非易失性调控及存储设计。
2025-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Uncovering A Two-Dimensional Semiconductor with Intrinsic Ferromagnetism at Room Temperature
二维材料由于具有从超导性到拓扑结构等一系列广泛的电子性质而受到人们的广泛关注。其中，那些具有磁性的是最理想的，使我们能够同时操纵电荷和自旋。基于第一性原理计算，我们证明了单层碘化砷化铬（CrIAs）是一种具有面外自旋磁化的本征铁磁半导体。间接带隙被预测为0.32 eV的多数自旋和3.31 eV的少数自旋，大到足以在室温下保持半导体功能。利用磁各向异性能的海森堡模型，用Monte Carlo方法估算了其居里温度，由于铬d和碘p轨道间强的直接交换作用，居里温度高达655 K，远高于室温。这一工作为室温下是否存在二维铁磁半导体提供了肯定的答案。而量子自旋电子器件的实际实现，由于缺乏合适的室温磁性材料而受到抑制，将迎来巨大的机遇。
2019-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ultrafast magnetization induced by linearly polarized pulses is widespread in nonmagnetic semiconductors
University of Trento（特伦托大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
通过高通量第一性原理筛选，发现近440种非磁性半导体在线偏振飞秒脉冲光激发下可产生自旋极化，揭示了晶体场和能带边缘轨道特征对光致磁化的调控规律。
2026-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Theory of spin-polarized transport in ferromagnet-semiconductor structures: Unified description of ballistic and diffusive transport
基于半导体中弹道输运和扩散输运的统一半经典描述，本文概述了铁磁-半导体异质结构中自旋极化电子输运的理论。目的是为研究自旋电子器件中自旋弛豫和输运机制的相互作用提供一个框架。内的（非简并）半导体的运输描述的热弹道电流，其中电子弹道运动的电场所产生的内部和外部的静电势，并在随机分布的平衡点热化。在弹道运动期间允许发生自旋弛豫。对于任意的势分布和任意的动量和自旋弛豫长度，导出了决定半导体自旋极化的自旋输运函数的积分方程。对于均匀半导体中的场驱动输运，积分方程可以转换为二阶微分方程，其推广了自旋漂移扩散方程。铁磁半导体结构中的自旋极化是通过匹配界面处的自旋分辨化学势来获得的，并允许自旋选择性界面电阻。考虑说明性的例子。
2005-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Curie temperature and skyrmion stability in room temperature ferromagnetic semiconductor CrISe monolayer
我们报告的CrISe单层作为一个室温铁磁半导体的居里温度（$T_C$），磁各向异性能（MAE）和带隙分别为322 K，113 $μ$ eV和0.67 eV。拉伸应变可使$T_C$和MAE进一步提高到385 K和313 $μ$ eV。更有趣的是，易磁化轴可以通过压缩应变在面外和面内之间切换。特别地，由于Se原子的破缺反转对称性和强自旋轨道耦合，获得了2.40 meV的大的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（dzyaloshinskii-Moriya interaction，dzyaloshinski-Moriya interaction，dzyaloshinski-Moriya interaction）。更重要的是，通过微磁模拟，在从$-2\%$到$6\%$的宽应变范围内，具有小于10 nm半径的稳定skyrmions通过高于室温的大的应变而稳定。我们的工作表明CrISe作为下一代基于skyrmion的信息存储设备的一个有前途的候选人，并为室温铁磁半导体中的铁磁和skyrmion的研究提供指导。
2022-07-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Tremendous tunneling magnetoresistance effects based on van der Waals room-temperature ferromagnet Fe$_3$GaTe$_2$ with highly spin-polarized Fermi surfaces
近年来，范德华磁性异质结构在自旋电子学中受到越来越多的关注。然而，vdW材料室温磁有序的缺乏在很大程度上阻碍了其在实际自旋电子学器件中的发展。最近发现的vdW铁磁体Fe 3GaTe 2具有室温以上的磁有序性和相当大的垂直磁各向异性，受其启发，我们利用第一性原理计算研究了Fe 3GaTe 2的基本电子结构和磁性以及Fe 3GaTe 2/Insulator/Fe 3GaTe 2结构的磁性隧道结（MTJ）中的隧穿磁电阻效应.研究发现，具有高度自旋极化费米表面的Fe 3GaTe 2确保此类磁性隧道结在室温下可以具有显着的隧道磁电阻效应，甚至可以与现有的传统AlOx和MgO基MTJ相媲美。我们的研究结果表明，Fe 3GaTe 2基MTJ可能是实现长时间等待的全磁vdW自旋电子器件的有前途的候选人。
2022-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature ferromagnetism in monolayer WSe2 semiconductor via vanadium dopant
稀磁半导体包括Mn掺杂的GaAs在栅控自旋电子学中具有很大的应用前景，但其在室温下的长程铁磁有序居里转变至今仍存在争议。本文报道了用化学气相沉积法制备的V掺杂WSe_2半导体单层膜中具有长程序的室温铁磁畴。利用磁力显微镜在360 K下观察到铁磁有序结构，同时在0.1%V掺杂浓度下保持~105的高开/关电流比。通过高分辨率扫描透射电子显微镜观察，V-取代到W位点保持5 nm的V-V分离距离而没有V-V聚集，这意味着Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida相互作用（或Zener模型）通过在V掺杂的WSe 2单层中通过自由空穴载流子建立长程铁磁有序的可能性。更重要的是，铁磁顺序明显调制通过应用背栅。我们的研究结果打开了新的机会，使用二维过渡金属dichalcogenides为未来的自旋电子学。
2020-01-20 cond-mat.mtrl-sci
The melilite-type compound (Sr$_{1-x}$,$A_x$)$_2$MnGe$_2$S$_6$O ($A$=K, La) being a room temperature ferromagnetic semiconductor
寻找室温铁磁半导体，利用电子的电荷和自旋自由度来实现集成电子，光学和磁存储特性的设备中的各种功能，一直是科学家和工程师的长期目标。在这里，我们利用自旋极化密度泛函理论计算，通过空穴（K）和电子（La）掺杂，预测了一系列新的基于黄长石型氧硫化物Sr $_2$ MnGe $_2$ S $_6$ O的高温铁磁半导体.由于Mn离子之间缺乏强的反铁磁超交换，母体化合物Sr $_2$ MnGe $_2$ S $_6$ O中的弱反铁磁有序可以通过用$p$型或$n$型载流子进行电荷掺杂而容易地被抑制，从而产生预期的铁磁有序。在掺杂浓度为25%时，空穴掺杂和电子掺杂的化合物都可以实现高于300 K的居里温度（$T_\text{c}$）。分析了其内在机理。我们的研究为探索新型高温铁磁半导体提供了一种有效的途径。
2018-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional magnetic semiconductors with room Curie temperatures
我们提出了二维Ising型铁磁半导体TcSiTe 3，TcGeSe 3和TcGeTe 3，具有高居里温度约200-0500 K。由于大的自旋轨道耦合，在这些有趣的二维材料中发现了大的磁晶各向异性能（MAE）、大的反常霍尔电导率和大的磁光克尔效应。通过比较所有可能的二维MGeTe 3材料（M = 3d，4d，5d过渡金属），我们发现一个大的轨道矩约0.5 $μ$ B每个原子和一个大的MAE TcGeTe 3。大的轨道矩被揭示来自这些Tc基2D材料中可比的晶体场和电子相关性。高居里温度的微观机制也被解决。我们的研究结果揭示了二维Tc基材料独特的磁性行为，并提出了一个家庭的二维铁磁半导体与大MAE和克尔旋转角，将有广泛的应用在设计自旋电子器件。
2020-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Robust magnetic proximity induced anomalous Hall effect in a room temperature van der Waals ferromagnetic semiconductor based 2D heterostructure
本研究制备出居里温度达370K的范德华铁磁半导体FCGS，构建其与石墨烯的异质结构，实现了400K下仍稳定的反常霍尔效应，为高温自旋电子器件研发提供了新材料体系。
2023-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature local ferromagnetism and nanoscale domain growth in the ferromagnetic semiconductor GeFe
本文利用软X射线磁圆二色性研究GeFe铁磁半导体，发现Fe 3d与Ge 4p强杂化、轨道磁矩异常大，并首次观察到室温局域铁磁畴随降温扩展至居里温度时全膜转变为铁磁态的过程。
2015-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Half Metallic Response of Manganite Films at Room Temperature from Spin-Polarized Scanning Tunneling Microscopy
La0.7Sr0.3MnO3锰氧化物中的铁磁相在室温下是完全自旋极化的（100%）。这是证明了高品质的外延薄膜的自旋极化扫描隧道显微镜。该膜由高度均匀的铁磁（FM）相，其中嵌入少数顺磁（PM）缺陷（最好的膜小于1%）。PM缺陷表现出无特征的隧道光谱特性和绝缘类电导。FM相表现出金属行为和强非线性特性。FM相的光谱曲线的解卷积揭示了完全自旋分裂的egt2g锰氧化物带，其形状和宽度与光学和光电子能谱数据非常一致。这些结果促进锰氧化物作为有效的自旋极化注射器在环境条件下。
2003-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Reversible 300K Ferromagnetic Ordering in a Diluted Magnetic Semiconductor
报道了在稀磁半导体中发现300 K可逆铁磁有序.在"开"和"关"状态之间的室温铁磁性的切换实现在Co 2+：ZnO的晶格掺入和去除的原生n型缺陷，间隙Zn。光谱和磁性数据暗示了铁磁性的双交换机制。这些结果首次证明了在稀磁半导体中的可逆室温铁磁有序，并为在半导体传感器或基于自旋的电子器件中集成磁性和导电性提供了新的机会。
2004-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Spin Modulation in Semiconductor Lasers
我们提供了一个分析研究的动态半导体激光器注入（泵）的自旋极化电子，以前认为在稳态制度。利用准静态和小信号分析的互补方法，我们阐明了如何在半导体激光器的自旋调制可以提高性能，相比传统的（自旋非偏振）的同行。我们揭示了自旋极化注入可以提高自旋激光器的带宽和理想的开关特性。
2010-04-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Mechanism responsible for initiating room temperature ferromagnetism and spin polarized current in diluted magnetic oxides
实现稀磁氧化物（DMO）自旋电子学的主要障碍是与其高TC铁磁性和自旋极化电流相关的未知电子结构以及如何通过制造技术来操纵所需的电子结构。我们证明，微调的电子结构和能带结构可以修改启动DMO性能。有趣的是，在半导体状态下，掺杂的Co离子和氧空位贡献了不可忽略的磁矩;并且这些磁矩之间的磁耦合由局域载流子通过高度自旋极化跳跃输运介导。这些结果揭开了自旋电子特性与理想的电子状态的起源的神话，从而为未来的应用重新打开了大门。
2015-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Electrical spin injection and detection in lateral all-semiconductor devices
首次在单晶片、全半导体、GaAs基横向自旋电子器件中实现了自旋极化电子的电注入和探测，该器件采用p+-（Ga，Mn）As/n+-GaAs铁磁江崎二极管作为自旋对准接触。通过江崎隧穿将自旋极化空穴转换成自旋极化电子在自旋注入效率的偏置依赖性中留下了印记，其最大值达到相对高的50%。
2008-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Realization of room-temperature ferromagnetic semiconducting state in graphene monolayer
室温铁磁半导体在非易失性数字电路中具有重要的应用价值，它可以提供一个理想的系统，使我们可以同时利用电子的电荷和自旋。然而，寻找室温铁磁半导体至今仍只是一个诱人的想法，从未在实践中实现。在这里，我们证明了石墨烯单层，与下面的Ni（111）衬底杂交，是室温铁磁半导体，已经持续了几十年的研究。我们的自旋极化扫描隧道显微镜（STM）的实验，辅以第一性原理计算，明确表明，石墨烯和镍衬底之间的相互作用产生了一个大的间隙在石墨烯，同时导致相对移动之间的多数和少数自旋带。因此，Ni衬底上的石墨烯片即使在室温下也表现出具有几十meV能量的自旋极化带隙。这一结果使室温铁磁半导体的科学和应用成为可能，并为基于石墨烯的新型信息技术带来了希望。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-polarized electron transport in ferromagnet/semiconductor heterostructures: Unification of ballistic and diffusive transport
基于半导体结构中弹道输运和扩散输运的统一半经典描述，发展了铁磁/半导体异质结构中自旋极化电子输运理论。目的是为研究自旋电子器件中自旋弛豫和输运机制的相互作用提供一个框架。在（非简并）半导体内部传输的统一描述中，一个关键要素是由电子组成的热弹道电流，这些电子在由内部和外部静电势产生的电场中弹道运动，并在随机分布的平衡点处被热化。在统一的描述中的弹道组件引起的不连续性的化学势在半导体的边界，这是有关的Sharvin界面电导。通过允许自旋弛豫发生在平衡点之间的弹道运动期间，热弹道自旋极化电流和密度根据自旋输运函数构造。这个函数的积分方程推导出任意值的动量和自旋弛豫长度。对于均匀半导体中的场驱动输运，积分方程可以转换为二阶微分方程，其推广了标准的自旋漂移扩散方程。铁磁/半导体异质结构中的自旋极化是通过调用当前自旋极化的连续性和匹配界面铁磁侧的自旋分辨化学势来获得的。允许自旋选择性界面电阻。例子被认为是说明传输机制和电场的影响。
2005-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional room temperature ferromagnetic semiconductors
本文基于密度泛函理论计算，提出通过对二维室温铁磁金属进行元素替换，预测并获得了多种居里温度高于室温的二维铁磁半导体，为探索高温铁磁半导体提供了新途径。
2024-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton Control in a Room-Temperature Bulk Semiconductor with Coherent Strain Pulses
通过晶格自由度对体半导体中激子的相干操纵是声光器件和声激子器件发展的关键。宽带隙过渡金属氧化物表现出强烈的束缚激子，这对于在深紫外中的应用是有趣的，但是由于在该光谱范围内缺乏有效的产生和检测方案，它们的性质仍然难以捉摸。在这里，我们进行超快宽带深紫外光谱在室温下的TiO $_2$单晶，并揭示了激子的峰值振幅由于相干声学声子的戏剧性调制。这种调制是可比的激子-声子耦合的纳米结构增强量子限制，并伴随着一个巨大的激子位移30-50毫电子伏。我们模拟这些结果的多体微扰理论，并表明，变形势耦合内的非线性政权的相干声学声子的产生和检测的主要机制。我们的研究结果铺平了道路的激子控制方案的设计在深紫外与传播应变脉冲。
2018-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic exchange vs. room temperature ferromagnetism in diluted magnetic semiconductors
在内部参考规则和III-V族和II-VI族稀磁半导体中已知的能带偏移的指导下，我们讨论了获得载流子感生铁磁性所需的p型导电性的可行性，以及浅杂质掺杂可能导致双交换驱动的铁磁性的情况。我们考虑了动力学交换对p-d杂化、磁性离子的电子构型以及主体材料的价带与磁性离子之间的电荷转移能量的依赖性。在Mn基II-VI族化合物中，空穴诱导铁磁性需要受主掺杂。然而，对于一些Mn-、Fe-或Co-基III-V磁性半导体，后者是可能的而没有任何掺杂。在Fe或Co的氮化物中，当存在受主掺杂时，可望产生T_C> 300 K的载流子诱导铁磁性。
2002-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Highly efficient, dual state emission from an organic semiconductor
我们报告高效，同时荧光和磷光（74%的产率）在室温下从一个单一的分子系综（BzP）PB分散到一个聚合物主机。慢磷光（208 ms寿命）在室温下非常有效（50%），并且仅可能是因为三重态的非辐射率极低。有机分子在室温下作为有效的双态发射体的能力是不寻常的，并开辟了新的应用领域，包括用作宽带下转换发射体，光学传感器和衰减器，激子探针和用于Förster共振能量转移的自旋独立中间体。
2013-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of the Spin Accumulation at the Interface Between a Spin-Polarized Tunnel Junction and a Semiconductor
本文报道了Co/Al $_2$ O $_3$ /GaAs界面的自旋注入实验。在0.34 nA的电流密度下，横向磁场的施加在界面处引起高达1.2 mV的大电压降$ΔV$。$μm^{-2}$。这表示自旋累积信号的急剧增加，远高于通过铁磁体/半导体界面的自旋注入的理论预测。这样的增强是一致的顺序隧穿过程通过位于附近的Al $_2$ O $_3$ /GaAs界面的局域态。对于自旋极化载流子，这些状态充当自旋寿命大的累积层。一个模型，考虑到自旋寿命和逃逸隧穿时间的载流子旅行回到铁磁接触准确再现的实验结果。
2011-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow Threshold Polariton Condensate in a Monolayer Semiconductor Microcavity at Room Temperature
原子薄的过渡金属二硫属化物具有通常仅在crogenic温度下可用的谷依赖功能，受到各种谷去极化散射的限制。通过相干叠加激子和微腔光子形成激子极化激元，潜在地利用谷极化极化激元相互作用用于新型谷电子器件。在室温下，TMDs微腔中已经表现出了强的EP，然而，相干极化激元激光和凝聚仍然是难以捉摸的。在此，我们首次证明了在室温下，在TMD微腔中EP冷凝的实现。基态的宏观占据，经历了发射的非线性增加和连续的蓝移，空间相干性的建立和失谐控制的阈值，证明了连续波泵浦的EP凝聚和超低阈值激光。我们的工作提出了一个至关重要的一步，利用非线性极化激元极化激元相互作用和极化激元器件谷功能在室温下。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunable light-emission through the range 1.8-3.2 eV and p-type conductivity at room temperature for nitride semiconductors, Ca(Mg1-xZnx)2N2 (x=0-1)
三元氮化物CaZn_2N_2是一种新型的半导体材料，其禁带宽度为1.8eV。第一性原理计算预测，Mg在Zn位的连续取代将使Ca（Mg 1-xZnx）2N 2（x = 0-1）的光学带隙在~3.3 eV到~1.9 eV的宽范围内变化。在这项研究中，我们证明，在环境压力下的固态反应和高压合成在5 GPa产生x = 0和0.12，和x = 0.12-1多晶样品，分别。实验证实，光学带隙可以从~3.2 eV到~1.8 eV连续调谐，该范围非常接近理论预测。在室温下，在紫外线发射区域观察到取决于x的带至带光致发光。在CaZn 2N 2的Ca位点处的2%Na掺杂将其高电阻状态转换为p型导电状态。特别地，x = 0.50的样品表现出强烈的绿光发射，峰值在2.45 eV（506 nm）处，而没有来自深能级缺陷的任何其他发射。这些特性满足了III-V族氮化物和砷化物/磷化物发光半导体的要求。
2019-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric tuning of the valley polarized metal-semiconductor transition in Mn2P2S3Se3/Sc2CO2 van der Waals heterostructures and application to nonlinear Hall effect devices
本研究提出利用二维铁电材料Sc2CO2的极化切换调控Mn2P2S3Se3/Sc2CO2异质结的谷极化金属-半导体相变与Berry曲率偶极矩，并据此设计非线性霍尔效应探测器件。
2024-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transverse magnetic routing of light emission in hybrid plasmonic-semiconductor nanostructures: Towards operation at room temperature
我们从实验和理论上研究了从混合等离子体-半导体量子阱结构的光发射的横向磁路由的温度依赖性，其中从量子阱的激子发射被路由到沿附近的半导体-金属界面传播的表面等离子体极化激元。在II-VI族和III-V族直接带半导体中，路由的幅度由激子光学跃迁的圆偏振决定，该圆偏振由磁场引起。对于包括（Cd，Mn）Te/（Cd，Mg）Te稀磁半导体量子阱的结构，我们观察到在20 K的低温和485 mT的磁场下高达15%的发射的强方向性，这是由于通过与Mn $^{2+}$离子的强交换相互作用介导的空穴的巨大塞曼分裂。随着温度向室温的升高，磁化率降低，方向性在T = 45 K时强烈降低到4%。我们还提出了一种替代设计的基础上的非磁性（In，Ga）As/（In，Al）As量子阱结构，适用于更高的温度。根据我们的计算，这种结构可以显示出发射方向性高达5%的温度低于200 K和中等磁场的1 T。
2021-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spin-1 Dirac half-metal, spin-gapless semiconductor, and spin-polarized massive Dirac dispersion in transition metal dihalide monolayers
自旋-1凝聚态系统的特点是结合了Dirac-like色散和平坦能带，是实现高温电子学和自旋电子学技术在没有外部磁场的理想选择。在这项研究中，我们提出了一个三带紧束缚模型，自旋极化Haldane类次近邻隧穿，骰子晶格和自旋-1狄拉克半金属，自旋-1狄拉克自旋无隙半导体，自旋极化自旋-1质量狄拉克色散与非平凡拓扑结构可以存在于二维铁磁凝聚物质系统中的电子自旋极化P = 1。所提出的自旋极化自旋1相可以有效地实现在铁磁过渡金属二卤化物MX2单分子膜。通过第一性原理计算，我们证明了当M = Fe，X = Br，Cl时，小的压应变使MX2单层膜成为自旋为1的Dirac半金属，而当M = Co，X = Br，Cl时，MX2单层膜成为自旋为1的Dirac无带隙半导体.自旋一狄拉克无自旋带隙半导体CoBr 2和CoCl 2嵌入平带铁磁性，其中自旋轨道耦合在分散价态和导带之间打开拓扑非平凡狄拉克带隙，同时使平带不受影响。自旋极化的自旋1质量狄拉克色散中的内禀平带铁磁性是实现量子反常霍尔态（Chern数C =-2）的关键。
2019-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature stability of excitons and transverse-electric polarized deep-ultraviolet luminescence in atomically thin GaN quantum wells
量子限制深刻影响纳米材料中电子、空穴和激子的性质和相互作用。我们采用第一性原理计算研究了极端量子限制对AlN中1 ~ 4个原子单层厚度的GAN量子阱的电子、激子和辐射性质的影响。我们确定的准粒子带隙，激子能量和波函数，辐射寿命，和莫特临界密度作为一个功能以及势垒厚度。我们的研究结果表明，量子限制在GAN单层增加的带隙高达5.44 eV和激子的结合能高达215 meV，表明激子在室温下的热稳定性。激子辐射寿命在室温下为1至3纳秒，而激子解离的Mott临界密度约为10 $^{13}$ cm $^{-2}$。发光是横向电偏振的，这有利于从c面异质结构中提取光。我们还介绍了一个简单的近似模型计算激子辐射寿命的基础上的自由载流子双分子辐射复合系数和激子半径，这与我们的结果与Bethe-Salpeter方程的预测。我们的研究结果表明，原子薄的GAN量子阱在室温下表现出稳定的激子，在深紫外高效发光体，以及室温激子器件的潜在应用。
2019-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Valley-Polarized Exciton-Polaritons in a Monolayer Semiconductor
过渡金属二硫属化物的单层是二维直接带隙半导体，在电子结构中具有简并但不等效的“谷”，其可以被偏振光选择性地激发。当这些材料与光子强耦合时，已经观察到光和物质的相干叠加，激子-极化激元，但是这些混合准粒子不利用单层过渡金属二硫属化物的谷敏感激发。在这里，我们证明了谷极化激子极化激元在单层的MoS $_2$嵌入在介电微腔的证据。与传统的微腔激子-极化激元不同，这些轻物质准粒子发射具有光谱拉比分裂的偏振光。腔修改激子动力学和谷间弛豫的相互作用，在高协同制度导致谷极化激子极化激元持续到室温，不同的裸单分子膜中消失的极化。实现在室温下工作的偏振敏感极化激元器件为操纵光和物质相干态中的新颖谷自由度提供了一条途径。
2017-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Propagation of Spin-Polarized Electrons Through Interfaces Separating Differently Doped Semiconductor Regions
电子的高自旋极化度对自旋电子器件的工作至关重要。研究了自旋极化电子通过两个不同掺杂水平的n型半导体区之间边界的传输。我们假设，非均匀的自旋极化创建/注入本地和驱动通过边界的电场。在双组分漂移扩散输运模型下计算了电场分布和自旋极化分布。我们发现，最初创建的自旋极化的狭窄区域可以进一步压缩和放大的边界附近。由于边界涉及掺杂的变化，但两种半导体材料之间没有真正的界面，预计没有显着的自旋极化损失。因此，建议的机制将是有用的，在设计新的自旋电子器件。
2003-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature Ferromagnetism in Fe-doped SnSe Bulk Single Crystalline Semiconductor
本文报道了Fe掺杂SnSe范德华单晶半导体在室温下实现铁磁性，带隙约1.19 eV，居里温度约310 K，并提出了利用FeI2前驱体的可扩展熔体生长掺杂策略。
2023-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Semiconductors between spin-polarized source and drain
将自旋注入到半导体沟道中并将自旋信息转换为有效的电输出信号是自旋电子学中的一个长期存在的问题。实际上，这是自旋晶体管的几个概念的前提。在这篇教程文章中，我们将讨论在源极和漏极之间的沟道中自旋输运的一般问题。必须掌握两个问题：i）在扩散机制中，来自磁性金属的自旋极化电流的注入超出弹道输运区需要插入自旋相关的且足够大的界面电阻。ii）在扩散和弹道机制中，以及无论源极/漏极的金属或半导体特性如何，足够小的界面电阻是保持停留时间短于自旋寿命的条件，从而将自旋累积诱导的输出信号保持在最佳水平。实际上，主要困难来自第二个条件。在我们的实验结果介绍中，我们展示了为什么自旋信息转化为一个大的电信号已经更容易实现与碳纳米管比与半导体，我们讨论了如何在后一种情况下可以改善这种情况。
2006-12-19 cond-mat.mtrl-sci
