磁性材料中，拓扑自旋结构具有比传统材料稳定耐久的优势，在信息处理储存领域应用潜力巨大，但因其尺度小、依赖低温和磁场环境等特点，一直在应用方面难以突破。近日，厦门大学半导体研究团队康俊勇教授、张荣教授、吴雅苹教授通过物理学、材料学、电子学的交叉研究在该领域取得重大进展，提出利用强磁场调控原子轨道的新思想，成功将拓扑自旋结构用于半导体器件，研制出拓扑自旋固态光源芯片，实现了拓扑自旋结构从理论到器件的关键突破。相关成果以吴雪峰、李煦、康闻宇为共同第一作者于7月13日发表在《自然·电子学》期刊上。

拓扑自旋固态光源芯片示意图。

课题组研究人员介绍，为了发挥拓扑自旋结构的优势作用，并实现在半导体器件领域的应用，团队通过理论模拟，大胆预测拓扑自旋结构可能反向操纵电子和光子。

在这一思想火花的指引下，团队自主设计搭建设备，通过优化材料体系，在宽禁带半导体衬底上成功生长出大尺度、长程有序且在室温及无外磁场环境下高度稳定的拓扑半子晶格，为自主研发拓扑自旋固态光源芯片打下坚实基础。

(a)磁力显微镜下的大面积meron晶格(b)电子在meron结构中运动轨迹示意图(c)T-LED结构设计及其粒子手性传递机理示意图。

随着研究的深入，团队进一步证实此前预测，即当电子注入半子晶格时，其输运轨迹可受到有效调控，进而产生自旋极化。在此基础上，团队进一步将自旋极化电流注入半导体量子阱中，完成了从拓扑保护的准粒子到电子再到光子的手性传递，实现了高效的自旋光发射，成功研制出拓扑自旋固态光源芯片。该新型拓扑自旋固态光源芯片有望满足未来量子科技等发展需求。

（厦门大学供图）

来源：科技日报