哈工大陶玲玲教授课题组提出铁电自旋轨道阀效应

（阚思邈 陶玲玲/文 陶玲玲/图）近日，我校物理学院陶玲玲教授课题组在自旋电子学研究中取得重要进展。相关成果以《铁电自旋轨道阀效应》（Ferroelectric Spin-Orbit Valve Effect）为题发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。该研究提出了一种全新的半导体自旋电子学器件，为设计下一代高速度、高密度和非易失性存储器提供了重要的备选。

目前基于全电学操控的半导体自旋电子学器件非常稀少，最早提出的自旋场效应晶体管至今未能得到实验证明。针对这一问题，研究团队提出了全新的铁电自旋轨道阀器件。在铁电半导体中，自旋轨道耦合的极性和铁电极化方向耦合在一起，因此自旋轨道耦合是非易失性电学可控的。利用该特殊性质，研究团队创造性地提出了铁电自旋轨道阀器件，该结构由两层铁电层夹持一层超薄绝缘层材料。当两层铁电层的极化方向平行时，电子隧穿几率较大，器件处于低电阻（ON）态。而当两层铁电层的极化方向反平行时，电子隧穿几率较小，器件处于高电阻（OFF）态。基于理论模型和实际材料的第一性原理计算，团队发现器件电导有数量级的改变，实现了巨自旋轨道阀效应。本研究为未来设计新型半导体自旋电子学器件提供了重要的理论基础和指导思路。

铁电自旋轨道阀器件工作原理示意图

哈工大为论文第一署名单位，物理学院陶玲玲教授、王先杰教授和美国内布拉斯加大学岑巴尔（Evgeny Tsymbal）教授为论文共同通讯作者，物理学院博士研究生窦茗博参与相关研究工作。

该研究得到国家自然科学基金和哈工大原创前沿探索基金等项目支持。

论文链接： https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.076801