磁電阻效應(yīng)，特別是在絕緣磁性體系中的研究，對(duì)自旋電子學(xué)及信息技術(shù)影響深遠(yuǎn)。近期，西安交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)在二維反鐵磁半導(dǎo)體CrPS4中發(fā)現(xiàn)罕見(jiàn)的磁電阻振蕩，為磁性半導(dǎo)體系統(tǒng)中的量子輸運(yùn)行為提供了新的理解視角。

磁電阻效應(yīng)是一種廣受關(guān)注的物理現(xiàn)象，因其既展現(xiàn)了豐富的物理內(nèi)涵，也在工業(yè)技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用潛力。磁電阻振蕩通常體現(xiàn)了物質(zhì)內(nèi)部某種量子行為，典型代表包括Shubnikov–de Haas振蕩以及Aharonov-Bohm效應(yīng)。然而磁電阻振蕩一般只在導(dǎo)電體系中存在，極少在絕緣體系中觀測(cè)到。過(guò)去幾十年間，絕緣磁性體系中的磁電阻效應(yīng)一直是研究的熱點(diǎn)，其研究成果為自旋電子學(xué)奠定了基礎(chǔ)并對(duì)當(dāng)前信息技術(shù)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。然而在已研究的磁性隧道結(jié)和自旋濾波器件中，磁電阻總是隨系統(tǒng)磁化強(qiáng)度單調(diào)變化。近日，西安交通大學(xué)物理學(xué)院王喆教授團(tuán)隊(duì)與其合作者在二維反鐵磁半導(dǎo)體CrPS4中發(fā)現(xiàn)了罕見(jiàn)的磁電阻振蕩現(xiàn)象并闡述了其可能的微觀機(jī)制。團(tuán)隊(duì)制備了“石墨烯/CrPS4/石墨烯”垂直節(jié)并系統(tǒng)測(cè)量了其在不同溫度、磁場(chǎng)方向、電壓、樣品厚度下的磁電阻，發(fā)現(xiàn)了磁電阻振蕩效應(yīng)并總結(jié)了其演化規(guī)律，證明了其與CrPS4中自旋傾斜態(tài)相關(guān)。進(jìn)一步分析指出這一現(xiàn)象的微觀產(chǎn)生機(jī)制可能與自旋極化缺點(diǎn)態(tài)的躍遷有關(guān)，并提出自旋挑選的層間躍遷理論模型，在引入自旋貝里相位后可以較為完美的解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這項(xiàng)工作為磁性半導(dǎo)體系統(tǒng)中量子輸運(yùn)行為的理解提供了新的視角，表明二維磁性半導(dǎo)體不但具有自旋電子器件應(yīng)用潛能，也為新奇物理現(xiàn)象研究提供了有趣平臺(tái)。
圖1. (左)10層CrPS4器件2 K下的磁電阻振蕩；(右上)垂直節(jié)示意圖；(右下)自旋挑選的層間躍遷模型示意圖。研究成果以“二維反鐵磁半導(dǎo)體CrPS4垂直節(jié)中的磁電阻振蕩”(Magnetoresistance Oscillations in Vertical Junctions of 2D Antiferromagnetic Semiconductor CrPS4)為題在《物理評(píng)論X》(Physical Review X)上發(fā)表，物理學(xué)院研究生史鵬媛與王嘯宇分別為第一與共同第一作者，物理學(xué)院王喆教授與潘杰副教授為通訊作者，物理學(xué)院張磊教授與楊森教授也做出了重要貢獻(xiàn)。本研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省基礎(chǔ)科學(xué)(數(shù)學(xué)、物理學(xué))研究院以及中央高?；緲I(yè)務(wù)費(fèi)的支持。王喆教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事低維量子材料與器件的研究，在二維磁性半導(dǎo)體方面已發(fā)表了包括《科學(xué)》(Science)、《自然-納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)、《物理評(píng)論X》(Physical Review X)在內(nèi)的多篇論文。