11年前,，《科學(xué)》雜志曾提出125個(gè)重要科學(xué)問(wèn)題,，其中之一是“有沒(méi)有可能創(chuàng)造出在室溫下能夠工作的磁性半導(dǎo)體材料”。近日,，清華大學(xué)材料學(xué)院材料加工研究所非晶合金研究組陳娜副研究員及其合作者通過(guò)誘導(dǎo)磁性金屬玻璃發(fā)生金屬-半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變的方式,，開(kāi)發(fā)出居里溫度高于600 K的p型磁性半導(dǎo)體，并基于此磁性半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)了室溫p-n結(jié)和電控磁器件的制備,。
研發(fā)室溫實(shí)用型磁性半導(dǎo)體的重要性在哪里呢,？
首先，磁性半導(dǎo)體兼具磁性和半導(dǎo)體特性,，可以滿足人們對(duì)電荷和自旋同時(shí)調(diào)控的期望,，為信息的處理、存儲(chǔ)和運(yùn)輸提供了一種全新的導(dǎo)電方式,。磁性半導(dǎo)體的運(yùn)用對(duì)于開(kāi)發(fā)新一代電子器件（自旋場(chǎng)效應(yīng)管,、自旋發(fā)光二極管等等）具有重要意義，將會(huì)大幅度降低能耗,、增加集成密度,、提高數(shù)據(jù)運(yùn)算速度，在未來(lái)的電子行業(yè)具有非常誘人的應(yīng)用前景,。
其次,，探索室溫實(shí)用型磁性半導(dǎo)體，并基于此材料開(kāi)發(fā)室溫實(shí)用型自旋電子器件一直是自旋電子學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,。然而,，到目前為止最為引人關(guān)注的稀磁半導(dǎo)體尤其是基于III-V族半導(dǎo)體的稀磁半導(dǎo)體材料居里溫度僅僅為200k,，無(wú)法滿足電子器件在室溫下工作的需求。
針對(duì)這一瓶頸,，陳娜及其合作者采用“逆向思維”,，通過(guò)氧化已有高居里溫度磁性金屬的方法制備新型磁性半導(dǎo)體，在保留磁性金屬原有高溫內(nèi)稟磁性的同時(shí)使之獲得半導(dǎo)體特性,，由此開(kāi)發(fā)出了居里溫度高于600 K的新型Co28.6Fe12.4Ta4.3B8.7O46磁性半導(dǎo)體,。
該磁性半導(dǎo)體為p型，帶隙約為2.4eV,，具有室溫光致發(fā)光現(xiàn)象,。進(jìn)一步地，通過(guò)該p型磁性半導(dǎo)體與n型單晶硅的集成,，制備了p-n異質(zhì)結(jié)和p-n-p結(jié)構(gòu),，表明該新型磁性半導(dǎo)體可以和現(xiàn)有硅基半導(dǎo)體工業(yè)兼容。除此之外,，基于此新型磁性半導(dǎo)體制備的電控磁器件通過(guò)外加門(mén)電壓調(diào)控其載流子濃度,，實(shí)現(xiàn)了室溫磁性的顯著調(diào)控。
陳娜說(shuō)：“我們的發(fā)現(xiàn)為制備具有獨(dú)特功能特性的高居里溫度磁性半導(dǎo)體材料開(kāi)辟了一條新的路徑,。”該成果于2016年12月8日在《自然通訊》在線發(fā)表,，論文標(biāo)題為“源于鐵磁金屬玻璃的室溫磁性半導(dǎo)體”。
