第一作者：王志，張桐耀，丁美，董寶娟 通訊作者：韓拯, 楊騰，陳院森

電調(diào)控磁性是自旋電子學(xué)中一個(gè)重要的研究方向。磁性材料中如果能賦予門電壓的調(diào)控特性，將會(huì)為自旋閥等自旋器件增加一個(gè)具有巨大應(yīng)用前景的調(diào)控自由度，從而實(shí)現(xiàn)自旋場效應(yīng)管。近年來，隨著二維范德華材料家族的發(fā)展,少數(shù)層磁性二維半導(dǎo)體材料在各領(lǐng)域得到廣泛研究。然而，基于半導(dǎo)體磁性二維材料的場效應(yīng)器件至今研究甚少，靜電場調(diào)制其磁性的研究更是缺乏。

近期，我校材料學(xué)院湖南省團(tuán)隊(duì)百人計(jì)劃丁美教授與中科院金屬所韓拯研究員，張志東研究員，山西大學(xué)光電研究所陳院森研究組、金屬所楊騰副研究員、重慶大學(xué)孫立東教授等合作，聯(lián)合國內(nèi)外多家單位成功在Cr₂Ge₂Te₆少數(shù)層本征鐵磁二維半導(dǎo)體中利用固態(tài)門電壓調(diào)控手段，實(shí)現(xiàn)了電荷與自旋的雙重雙極全電操控。該工作于7月2日在Nature Nanotechnology（影響因子：37.49）雜志在線發(fā)表。少數(shù)層Cr₂Ge₂Te₆是目前已知的首個(gè)擁有內(nèi)稟自旋和電荷態(tài)密度雙重雙極可調(diào)特性，可將信息存儲(chǔ)和邏輯運(yùn)算集成為同一個(gè)單元的二維本征鐵磁半導(dǎo)體材料。該工作為繼續(xù)尋找室溫本征二維鐵磁半導(dǎo)體提供了一定的指導(dǎo)意義。同時(shí)，由于二維材料通常具備可大規(guī)模制備與柔性可穿戴等特性，發(fā)展前景十分廣闊。

包括北京大學(xué)、長沙理工、重慶大學(xué)、日本東京中央電力研究所在內(nèi)的多家單位參與了本工作。長沙理工大學(xué)材料學(xué)院丁美教授、金屬研究所博士生王志、博士生董寶娟、山西大學(xué)博士生張桐耀為本文共同第一作者。韓拯研究員、楊騰副研究員、陳院森為共同通訊作者。

該項(xiàng)工作得到了湖南省團(tuán)隊(duì)百人計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、沈陽材料科學(xué)國家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室等資助。

本工作的完成，實(shí)現(xiàn)了長沙理工大學(xué)在影響因子>30的Nature子刊發(fā)表文章的零突破。

圖1.少數(shù)層Cr₂Ge₂Te₆范德華異質(zhì)結(jié)器件的制備及其電荷載流子的場效應(yīng)曲線。

圖2. 少數(shù)層Cr₂Ge₂Te₆的載流子與自旋的雙極電場操控。

 (文\圖  丁美 何小勇    審\張國強(qiáng)）