1 MOE的关键实验室,用于凝结物质的非平衡合成和调节,Shaanxi省级高级材料和介质物理学的主要实验室,XI'AN JIAOTONG大学,XI'AN,XI'AN,710049,710049,中国2个国家主要的实验室,是纳尼型纳米型材料和量化量的纳米级材料和量子量的国家主要实验室, 200433,中国3个州制造系统工程钥匙实验室,西安·贾东大学,西安,710049,中国4号材料材料纳米结构研究中心,国家材料科学研究所,1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-15-0044,日本305-0044,日本5日本6东南大学物理学院量子材料和设备的主要实验室,211189,中国南京7 Zhangjiang Fudan International Innovation Center,Fudan University,上海2011年
在二维反铁磁半导体 CrPS 4 上实现的晶体管表现出大的磁导,这是由于磁场引起的磁状态变化。电导和磁状态耦合的微观机制尚不清楚。我们通过分析决定晶体管行为的参数——载流子迁移率和阈值电压——随温度和磁场的变化来确定它。对于接近尼尔温度 TN 的温度 T ,磁导源于由于施加的磁场导致的迁移率增加,从而降低了自旋涨落引起的无序。当 T << TN 时,变化的是阈值电压,因此在固定栅极电压下增加场会增加积累的电子密度。该现象通过导带边缘偏移来解释,该偏移是通过从头算正确预测的。我们的结果表明,CrPS 4 的能带结构取决于其磁状态,并揭示了一种以前未被发现的磁导机制。
使用场效应晶体管 (FET) 来探索具有传输测量的原子级薄磁性半导体是困难的,因为大多数 2D 磁性半导体的极窄带会导致载流子局域化,从而阻止晶体管工作。本文表明,CrPS 4 的剥离层(一种带宽接近 1 eV 的 2D 层状反铁磁半导体)可以实现在低温下正常工作的 FET。使用这些设备,可以测量电导率作为温度和磁场的函数,以确定完整的磁相图,其中包括自旋翻转和自旋翻转相。确定了磁导率,它在很大程度上取决于栅极电压。在电子传导阈值附近达到高达 5000% 的值。尽管研究中使用的 CrPS 4 多层厚度相对较大,但栅极电压还可以调整磁态。结果表明,需要采用具有足够大带宽的二维磁性半导体来实现正常运行的晶体管,并确定一种候选材料来实现完全栅极可调的半金属导体。