上海科技大学信息学院寇煦丰课题组实现基于半导体异质结的室温非互易自旋电子器件

近日，上海科技大学信息学院后摩尔中心（PMICC）寇煦丰课题组与复旦大学车仁超团队合作，利用窄禁带半导体异质结InSb/CdTe界面的对称性破缺和Rashba效应，设计了能在室温工作手性自旋电子器件，实现了电场对非互易传输电流的有效调控，相关研究成果以“Room-Temperature Gate-Tunable Nonreciprocal Charge Transport in Lattice-Matched InSb/CdTe Heterostructures”为题发表于国际知名学术期刊Advanced Materials（《先进材料》）。

在传统的半导体材料中，电流在其中的传导严格遵守欧姆定律，其电阻值不随电流反向而改变。但如果在系统中合理引入对称性破缺，就可以诱导其电子能带的自旋劈裂，从而产生电子的非互易输运，即二阶整流效应。在前期工作中，寇煦丰组利用半导体InSb与CdTe晶格匹配的特点，通过分子束外延生长技术制备了高质量的3英寸InSb/CdTe异质结薄膜。在此基础上，研究人员利用高分辨电子全息成像技术确认了在InSb/CdTe异质结中由界面对称性破缺所形成的能带弯曲，且其所对应的内建电场可以产生显著的Rashba效应。同时，还利用标准微纳器件加工工艺制备了场效应管器件，通过电学输运测试观测到了单极性磁阻（unidirectional magnetoresistance）现象，定量分析发现InSb/CdTe异质结在室温下的非互易系数较其他极性半导体材料高出1~2个数量级。此外，本工作还在室温下利用栅压对器件导电沟道的非互易输运行为进行了有效调制。该研究不仅可证实Rashba效应对界面电子自旋的极化，也为窄禁带半导体异质结体系在自旋电子学领域的应用提供新的思路。

上海科技大学是该项研究的第一完成单位，复旦大学为共同完成单位。上海科技大学信息学院寇煦丰课题组2019级研究生李伦、2017级博士生刘晓阳、2021级研究生刘久铭和复旦大学吴雨旸为论文的共同第一作者，寇煦丰教授和复旦大学车仁超教授为共同通讯作者。相关器件制备与性能表征工作得到了上海科技大学量子器件中心和信息学院电子器件科研平台的协助。

基于窄禁带半导体异质结InSb/CdTe的手性自旋电子器件与室温非互易电荷输运现象