本網(wǎng)訊 近期，我校物理與電子科學(xué)學(xué)院張仕雄博士在半導(dǎo)體自旋電子學(xué)領(lǐng)域取得系列研究進(jìn)展，研究成果分別發(fā)表于物理學(xué)知名期刊Physical Review B和Applied Physics Letters上。其中，Physical Review B是美國(guó)物理學(xué)學(xué)會(huì)旗下重要期刊之一，主要發(fā)表物理學(xué)領(lǐng)域的高水平前沿學(xué)術(shù)成果，是國(guó)際物理學(xué)界廣泛認(rèn)可的期刊；Applied Physics Letters由美國(guó)物理聯(lián)合會(huì)出版，報(bào)道應(yīng)用物理領(lǐng)域前沿的重大發(fā)現(xiàn)，是國(guó)際應(yīng)用物理領(lǐng)域上最有影響力的期刊之一。上述研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、湖北省自然科學(xué)基金、湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題基金的資助，并獲得微納光電子器件與集成湖北省工程研究中心、光電轉(zhuǎn)換材料與器件湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等科研平臺(tái)的支持。
成果一：自旋電子學(xué)專注于操控電子的自旋自由度，由于其具有高集成度、低功耗和高運(yùn)行速度的潛力，是信息技術(shù)發(fā)展的可行技術(shù)路徑之一。電子自旋的調(diào)控是發(fā)展自旋電子器件功能的核心關(guān)鍵。GaN基半導(dǎo)體材料因其電場(chǎng)可控的自旋軌道耦合以及理論上高于室溫的居里溫度，使得成為制備自旋電子器件的候選材料。論文作者通過(guò)聯(lián)合金剛石對(duì)頂砧加壓技術(shù)以及超快時(shí)間分辨克爾光譜技術(shù)，研究了流水靜壓力對(duì)纖鋅礦GaN中載流子自旋退極化的調(diào)控作用，研究表明，流水靜壓力會(huì)在材料中誘導(dǎo)更多非輻射復(fù)合中心產(chǎn)生，而對(duì)于自旋弛豫時(shí)間的影響微弱，此外我們提出通過(guò)外延襯底(AlN, 6H-SiC)提供的壓應(yīng)變作為提高GaN半導(dǎo)體自旋弛豫時(shí)間的一種可行途徑。該研究成果以“Hydrostatic pressure effects on spin depolarization dynamics in wurtzite GaN”為題發(fā)表在Applied Physics Letters上，張仕雄博士為論文第一作者，湖北師范大學(xué)為論文第一單位，北京大學(xué)沈波教授和唐寧教授為通訊作者。
論文鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0252497
成果二：電子自旋的電學(xué)調(diào)控是發(fā)展自旋電子器件的核心關(guān)鍵。論文作者基于GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)制備了高質(zhì)量的柵極調(diào)控器件，通過(guò)時(shí)間分辨克爾光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電場(chǎng)調(diào)控電子自旋的原理演示，研究表明，界面二維電子氣與體電子的自旋弛豫時(shí)間相差一個(gè)數(shù)量級(jí)，外加?xùn)艌?chǎng)可以通過(guò)調(diào)控載流子的轉(zhuǎn)移從而實(shí)現(xiàn)有效的自旋弛豫調(diào)控。該研究成果以“Electric field modulation of electron spin transfer and relaxation in GaN/AlGaN heterostructures with two intrinsic processes”為題發(fā)表在Physical Review B上，張仕雄博士為論文第一作者，湖北師范大學(xué)為論文第一單位，北京大學(xué)沈波教授和唐寧教授為通訊作者。
論文鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.111.195301
成果三：集成了n型溝道和p型溝道的 p-GaN/AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于 p 型溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（p-FET）器件以及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）邏輯電路中。然而，p 型溝道的空穴遷移率仍然較低，尤其是在通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）法生長(zhǎng)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)中。針對(duì)這一問(wèn)題，論文作者通過(guò)在 p 型溝道中引入鎵空位來(lái)設(shè)計(jì)一種雜質(zhì)工程，使得擴(kuò)散的鎂雜質(zhì)能夠取代鎵位點(diǎn)，形成 MgGa缺陷而非間隙鎂離子。由于雜質(zhì)電荷的減少，帶電雜質(zhì)散射因此得到抑制。這項(xiàng)工作為改善氮化鎵異質(zhì)結(jié)構(gòu)的輸運(yùn)性能開辟了一條途徑，并為在硅襯底上制備高性能的基于氮化鎵的p型場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體邏輯電路奠定了基礎(chǔ)。該研究成果以“High mobility p-channel GaN heterostructures grown by MOCVD through impurity engineering”為題發(fā)表在Applied Physics Letters上，北京大學(xué)博士研究生吳俊康為論文第一作者，北京大學(xué)沈波教授、楊學(xué)林教授和湖北師范大學(xué)張仕雄博士為論文通訊作者，湖北師范大學(xué)為論文的研究合作單位。
論文鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0246960
作者簡(jiǎn)介：張仕雄，2023年6月畢業(yè)于北京大學(xué)，獲理學(xué)博士學(xué)位，碩士研究生導(dǎo)師。主要從事GaN基半導(dǎo)體自旋物理性質(zhì)研究以及器件研制工作，在該領(lǐng)域作為第一/共一作者以及通訊作者在Physical Review B、Applied Physics Letters等知名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文9篇，參與申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利2件（已授權(quán)），以第一作者在第四屆全國(guó)寬禁帶半導(dǎo)體學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表會(huì)議論文1篇（邀請(qǐng)報(bào)告）。主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、湖北省自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目和湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題項(xiàng)目各1項(xiàng)。