Bi2Se3/MoTe2異質結構中大自旋分裂的寬幅理想二維Rashba電子氣

能實際應用的理想二維Rashba電子氣（幾乎所有的傳導電子占據Rashba帶）是應用半導體自旋電子的關鍵。研究證實，這樣帶有大Rashba劈裂的理想二維Rashba電子氣可以在拓撲絕緣體Bi2Se3薄膜上實現，該薄膜可在過渡金屬硫化物MoTe2基板上按第一性原理計算結果指導生長得到。研究結果顯示，Rashba帶專處于MoTe2半導體帶隙中一個較大的、約0.6? eV費米能級間隔中。如此寬幅的理想二維Rashba電子氣具有大的自旋分裂，為實際利用Rashba效應提供了可能，之前從未做到。由于強自旋-軌道耦合，其Rashba分裂強度與重金屬（如Au和Bi）表面的差不多，所引起的自旋進動距離小到10 nm左右。近Γ點的內（外）Rashba帶平面內自旋極化最大約為70%（60%）。室溫下相干距離至少數倍于自旋進動長度，為采用自旋加工設備提供了良好的一致性。這種二維拓撲絕緣體/過渡金屬硫化物異質結構中的理想Rashba帶，具有能量范圍寬、自旋進動長度短、相干距離長的特點，為室溫下制造超薄納米自旋電子器件（如Datta–Das自旋晶體管）鋪平了道路。
該研究通過計算揭示了納米自旋電子晶體管在室溫下工作的可能性。來自中國臺灣清華大學的T. H. Wang和H. T. Jeng通過第一性原理計算，證實了一種理想的二維電子氣（半導體自旋電子實現應用的關鍵）可在硒化鉍超薄膜絕緣體中實現，該超薄膜用半導體MoTe2作襯底、在室溫下生長即可制備。超薄器件中形成的二維電子氣表現出大的“自旋分裂”（兩種狀態的電子自旋間的分離），這正是晶體管之類的設備所需要的特性。采用電子自旋的電子器件來處理信息，用的是電子固有的自旋特性，而不象目前常規電子器件那樣用的是電子的電荷特性。這會使設備在更小的空間內存儲更多的數據，消耗更少的電能，使用更便宜的材料。據巨納集團低維材料在線91cailiao.cn的技術工程師Ronnie介紹，異質結構是現在的研究熱點,Bi2Se3/MoTe2異質結構,使得一種理想的二維電子氣（半導體自旋電子實現應用的關鍵）可在硒化鉍超薄膜絕緣體中實現，該超薄膜用半導體MoTe2作襯底,在室溫下生長即可制備。轉自低維材料在線：http://www.91cailiao.cn/index.php/news/58.html