近日，我院博士生导师、副教授安义鹏课题组在Nature旗下国际顶尖期刊《npjComputational Materials》上发表了题为“Nanodevices engineering and spin transport propertiesof MnBi₂Te₄monolayer”的研究论文。

该论文设计了一系列基于MnBi₂Te₄单层的原型器件结构，并采用第一性原理计算揭示了它们的自旋相关的输运性质。其pn结二极管和亚3纳米的pin结场效应晶体管表现出较强的整流效应和自旋过滤效应，其理想因子甚至在较高温度下保持接近于1。此外，其pip和nin结场效应晶体管表现出有趣的负微分电阻效应。门电极可以明显地调控这些场效应晶体管的电子输运。进一步结果表明，MnBi₂Te₄单层对光有较强的响应。该文揭示了MnBi₂Te₄单层的多功能性质，对其在下一代半导体自旋电子器件的应用提供了重要支撑。此文也是该课题组继在Adv. Funct. Mater.上发表的关于过渡金属硫化物侧面异质结输运性质研究工作之后的一个循序渐进工作。

图1.MnBi₂Te₄单层的几何和电子结构

图2.MnBi₂Te₄单层晶体管的整流和负微分电阻效应机制示意图

安义鹏副教授为该论文第一作者和通讯作者，美国加州大学Irvine分校Ruqian Wu教授和中国科学院物理研究所刘伍明研究员为共同通讯作者。此项研究得到了国家自然科学基金、河南省自然科学基金优秀青年基金和面上项目、河南省高校科技创新人才基金等项目支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41524-021-00513-9

(物理学院 张浩兴 安义鹏)