Спиновый бесщелевой полупроводник

Спин-бесщелевый полупроводник представляют собой новый класс материалов с уникальной структурой электрических зон для различных спиновых каналов таким образом, что отсутствует запрещенная зона (т.е. «бесщелевой») для одного спинового канала, в то время как в другом спиновом канале имеется конечная щель.

В бесщелевом полупроводнике проводимость и валентная зона соприкасаются, так что не требуется пороговая энергия для перемещения электронов из занятых (валентных) состояний в пустые (проводящие) состояния. Это придает бесспиновым полупроводникам уникальные свойства, а именно то, что их зонные структуры чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям (например, давлению или магнитному полю).

Поскольку для возбуждения электронов в SGS требуется очень мало энергии, концентрации зарядов очень легко «настраивать». Например, это можно сделать, введя новый элемент (легирование) или приложив магнитное или электрическое поле (стробирование).

Новый тип SGS, идентифицированный в 2017 году, известный как линейные бесщелевые полупроводники типа Дирака, имеет линейную дисперсию и считается идеальной платформой для безмассовой и бездиссипативной спинтроники, поскольку спин-орбитальная связь открывает щель для спиновой полностью поляризованной зоны проводимости и валентной зоны, и в результате внутренняя часть образца становится изолятором, однако электрический ток может протекать без сопротивления на краю образца. Этот эффект, квантовый аномальный эффект Холла, ранее был реализован только в топологических изоляторах с магнитным легированием.

Помимо дираковских / линейных SGS, другой основной категорией SGS являются параболические спиновые бесщелевые полупроводники..

Подвижность электронов в таких материалах на два-четыре порядка выше, чем в классических полупроводниках.

SGS топологически нетривиальны.

Спиновый бесщелевой полупроводник был впервые предложен в качестве новой концепции спинтроники и нового класса кандидатных материалов для спинтроники в 2008 г. в статье Сяолиня Ван из Университета Вуллонгонга. в Австралии.

Зависимость ширины запрещенной зоны от направления спина приводит к высокой спиновой поляризации носителей заряда и предлагает многообещающие электронные и магнитные свойства с контролируемым спином для приложений спинтроники.

Спиновый бесщелевой полупроводник является многообещающим материалом-кандидатом для спинтроники, поскольку его заряженные частицы могут быть полностью поляризованы по спину, так что спином можно управлять только с помощью небольшой приложенной внешней энергии.