磁電子學(xué)在新一代信息技術(shù)上具有巨大潛力，一直是國際上關(guān)注的熱點(diǎn)。有關(guān)工作可以分為兩個(gè)方面。一是利用自旋霍爾效應(yīng)、自旋賽貝克效應(yīng)以及電子隧穿效應(yīng)產(chǎn)生與操縱自旋流，這一領(lǐng)域已經(jīng)有大量的工作。另一個(gè)重要的發(fā)展趨勢是利用磁場調(diào)控半導(dǎo)體內(nèi)電子的運(yùn)行軌跡：通過把磁場直接作用于半導(dǎo)體，利用洛侖茲效應(yīng)偏轉(zhuǎn)電子軌道，獲得電子行為的磁調(diào)控。但是，由于常規(guī)半導(dǎo)體對(duì)磁場不敏感，所需要的磁場通常很高，為幾個(gè)甚至十幾特斯拉。已經(jīng)有各種各樣的努力，例如通過樣品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及探索新的調(diào)控機(jī)理，以增加半導(dǎo)體的磁場靈敏性，但是效果不是非常理想。因此，探索新的半導(dǎo)體的磁調(diào)控原理仍然是國際上極為關(guān)注的問題。

最近，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室(籌)磁學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫繼榮課題組博士研究生王拴虎等通過在半導(dǎo)體與磁性金屬之間建立強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)，通過調(diào)控對(duì)磁場更為敏感的磁性金屬實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體內(nèi)部電子運(yùn)動(dòng)行為的低磁場調(diào)控，產(chǎn)生明顯磁效應(yīng)的磁場僅為幾個(gè)奧斯特。

他們發(fā)現(xiàn)，利用磁性金屬和半導(dǎo)體構(gòu)成肖脫基結(jié)，當(dāng)以光激發(fā)非平衡載流子時(shí)，半導(dǎo)體中的電子和磁性金屬中的空穴通過界面勢壘和庫侖相互作用形成電子-空穴對(duì)。當(dāng)磁場影響磁性金屬的載流子時(shí)，同時(shí)影響了半導(dǎo)體中電子的擴(kuò)散行為，進(jìn)而產(chǎn)生一種新型的磁效應(yīng)，導(dǎo)致磁性金屬與半導(dǎo)體各自的橫向光伏電壓隨磁場發(fā)生變化。研究發(fā)現(xiàn)，在4Oe下磁性陂莫合金中的橫向光伏變化約為1%，接近坡莫合金的本征各向異性磁電阻；有意思的是，在半導(dǎo)體Si上也觀察到了橫向光伏效應(yīng)隨磁場的變化，且相對(duì)變化幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于坡莫合金，最高可達(dá)3.5%，從而實(shí)現(xiàn)了Si中電子過程的低磁場調(diào)控。進(jìn)一步，他們確定了影響半導(dǎo)體磁場效應(yīng)的關(guān)鍵因素，為半導(dǎo)體磁場效應(yīng)的設(shè)計(jì)與調(diào)控給出了理論指導(dǎo)。除橫向光伏效應(yīng)，他們還首次發(fā)現(xiàn)了由非平衡載流子擴(kuò)散在陂莫合金中形成的平面霍爾效應(yīng)。這些工作，為半導(dǎo)體磁調(diào)控拓展了新的研究空間。這一工作發(fā)表在Advanced Materials 上 【Adv. Mater. DOI: 10.1002/adma.201403868】。相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科技部和中科院有關(guān)基金的支持。