碲化钨助力自旋电子学研究

在美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室（BerkeleyLab）和加州大学伯克利分校的研究小组，制作了一种原子薄的材料，被称为拓扑绝缘体，因为其内表面不导电，并且其导电性（电子的流动）被限制在其边缘，在这种材料的边缘，电子的旋转和它们的动量密切相关，并可预测。

这种称为1T"相二碲化钨（1T"-WTe2）的材料桥接了两个研究领域：2D材料，包括表现特性与其较厚形式不同的单层材料，如石墨烯；拓扑材料，其中电子可以以可预测的方式在无阻力的情况下快速移动，并且不受通常会阻碍其运动的缺陷影响。

最新的实验证据可以将这种材料的用途提升为下一代应用的测试对象，例如操纵其自旋属性的新型电子设备，可以比当前设备更有效地携带和存储数据。

伯克利实验室高级光源（ALS）的物理学家兼职员科学家Sung-KwanMo说：“这种材料对于自旋电子学研究应该是非常有用的。电子的流动与其自旋的方向完全相关，仅限于材料的边缘。电子将沿一个方向行进，并且有一种类型的旋转，这对于自旋电子器件是有用的。”可以想象，以此材料制备的器件比当前典型的电子器件的更加流畅地携带数据，具有较少的功率需求和热积聚。

斯坦福大学科学家、SLAC国家加速器实验室的科学和技术顾问、该研究的共同领导者物理学教授沉志勋兴奋的指出，“我们发现了另一个材料系列（2-D拓扑绝缘子），可以探索2-D拓扑绝缘子的物理学特性，并进行可能带来未来应用的实验。”这种一般类材料已被证明是稳定的，并且在各种实验条件下保持良好，这应该会使得该领域的发展更快。

该材料在ALS（一种X射线研究设备）下制造和研究。伯克利实验室和斯坦福大学访问博士后研究员兼该研究的共同主要作者唐书杰，在ALS高纯度、真空密封的隔室中使用分子束外延生长工艺3原子厚的结晶样品。研究工作从2015年开始，涉及到两个学科的二十多位研究人员。研究团队还受益于伯克利实验室国家能源研究科学计算中心（NERSC）的计算工作。

2D材料具有独特的电子特性，被认为是将其应用于自旋电子学应用的关键。通过选择性堆叠不同类型材料，针对特定用途定制材料的全球研发工作非常活跃。“研究人员试图将不同材料夹在彼此的顶端，以按照他们的意愿像乐高块那样调整材料，现在我们有这个材料的性质的实验证明，我们想用其他材料堆叠，看看这些属性是如何变化的。”Mo介绍道。

从原子薄层创建这样的设计师材料的典型问题是材料通常具有难以消除并且可能影响其性能的纳米尺度缺陷。但是由于1T"-WTe2是一种拓扑绝缘体，其电子性质具有弹性。“在纳米尺度上，它可能不是一个完美的水晶，但是拓扑材料的美丽是，即使你的晶体不完美，边缘状态仍然存在，缺点不会破坏关键性能。”

展望未来，研究人员旨在开发较大的材料样本，并发现如何选择性地调整和强调特定的属性。除了其拓扑特性之外，其研究团队研究的具有相似特性的“姊妹材料”也被认为是光敏感的，并且对太阳能电池和光电子学有用，它们控制用于电子设备的光。

• < 前へ
• 次へ >