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新一代砷化鎵材料可望提升自旋電子元件性能

上網時間: 2006年08月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:自旋電子  砷化鎵  晶格  電洞  半導體材料 

具備充足電洞(Hole-rich)的半導體如砷化鎵(gallium arsenide,GaAs),可以讓未來在磁性原子上儲存資訊的自旋電子元件(spintronic devices)被嵌入到其晶格(crystalline lattice)中。但是現有的磁性原子隨機摻雜(random doping)技術,使得增加自旋電子學性能成為一種漫無目的的過程。而日前有研究人員宣稱已找到了一個對分子進行排列的完美方法。

普林斯頓大學(Princeton University)的研究人員藉助於掃描隧道顯微鏡(scanning tunneling microscope),用磁性(錳)原子替代單個的鎵原子,試驗了不同的晶格架構來最佳化自旋性能。他們採用了愛和華州立大學(University of Iowa)教授Michael Flatte假設的一個理論模板,發現了一種新的自旋電子材料的最佳晶格架構──錳化砷鎵(gallium manganese arsenide)。

研究人員指出,這是第一次使用原子級的作業來對半導體中的最佳原子排列做理論預測。而且,在晶格裡的排列每次能夠排好一個原子。主持該研究小組的普林斯頓大學教授Ali Yazdani解釋:「在原子等級上適應半導體的能力是電子學領域的“聖杯(Holy Grail)”,這也許就是我們需要的方法。」

由於其電子遷移性(electron mobility)遠高於矽,砷化鎵是下一代自旋電子元件的候選材料之一。該小組將磁性原子結合到一個錳化砷鎵半導體中,以期能夠分別控制旋轉和負載,因而開發出高能量的自旋電子元件。他們希望能夠利用電洞充足的砷化鎵,以及其高能量、電洞居中(hole-mediated)等特性的交互作用,來開發出能儲存和處理電洞的磁自旋方向的新元件。

澳洲雪梨新南威爾斯大學(the University of New South Wales)的研究人員,最近則發表了電洞量子線(hole-quantum wires),該量子線可以進一步加強將來的錳化砷鎵半導體和類似材料之間的通訊。

(參考原文:Spintronics research targets GaAs)

(R. Colin Johnson)




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