對新型二維鐵磁半導體的磁性進行電學控制可以實現新型自旋電子器件的開發(fā)，這些電子器件利用電子的固有磁性來傳輸，存儲和處理信息。

為了在技術上可行，這些設備應在室溫或接近室溫的條件下運行。但是，大多數現有的層狀鐵磁半導體的居里溫度都低于100K。此外，在這些材料系統(tǒng)中，磁序和電荷之間的相互作用還沒有得到很好的探索。

新加坡國立大學，倫敦大學學院(UCL)和北京科技大學的研究人員最近提出了一種新的方法，用于調節(jié)碲化鉻鍺Cr2Ge2Te6(一種層狀鐵磁半導體)的磁各向異性。他們的論文中發(fā)表的研究結果發(fā)表在《自然電子》上，可能對多種混合電子設備的開發(fā)產生重要影響。

領導進行實驗的團隊的Goki Eda副教授對TechXplore表示：“電控制磁性半導體中的磁性的想法已經存在了數十年，這是開發(fā)節(jié)能型信息處理和存儲設備的關鍵，” 。“然而，大多數材料中電場對磁性的影響太弱，無法用于實際應用。”

近來，研究表明，即使將其薄化至納米厚度，某些層狀半導體仍具有出色的磁性。由于薄材料的超薄體，它們的物理特性極易受到柵極靜電的影響。因此，通過柵極靜電對其磁性進行電氣控制變得更加容易，幾個研究小組報告了令人鼓舞的結果。

受這些最新發(fā)現的啟發(fā)，Eda教授及其同事開始了測試方法，該方法可以對Cr2Ge2Te6超薄晶體中的磁性進行電控制。他們很快意識到，使用標準的固體柵氧化物(即通常用于調制基于半導體的晶體管的電性能的介電層)無法有效地調節(jié)這些材料的磁性。

研究小組決定使用雙層晶體管幾何形狀來增強電場效應，其中凝膠狀電解質在晶體表面形成一層離子，從而產生強電場。這種器件的幾何形狀使它們獲得的電子摻雜密度比使用普通固體氧化物通常獲得的電子摻雜密度高一個數量級。研究人員表明，利用雙電層晶體管的幾何形狀，可以通過靜電門控來調節(jié)Cr2Ge2Te6的居里溫度和磁各向異性。

進行這項實驗的研究員Ivan Verzhbitskiy博士解釋說：“由于電子密度高，半導體的磁性能變化變得深遠。”“居里溫度從61 K提高到205 K超過140度。在其他磁性半導體中還沒有觀察到這種對居里溫度的顯著電場效應。我們很高興看到居里溫度如此急劇地升高帶有磁場的磁性半導體，因為這意味著我們可以打開和關閉材料的磁性，類似于晶體管打開和關閉電信號的方式。”

這些發(fā)現可能對制造能夠存儲和處理信息的混合設備具有重要意義。將來，可以將相同的策略應用于其他層狀半導體，以進一步研究磁性能的調制。

埃達教授說：“我們計劃更詳細地研究所觀察到的現象背后的機制。”“對這一現象有了更好的了解，我們應該能夠提高工作溫度，并最終實現室溫可調諧的磁性，這對于實際應用至關重要。”