近日，我校物理学科陈桥教授团队在纳米压电自旋晶体管方面取得新进展，相关研究成果以“High Performance Piezotronic Spin Transistors using Molybdenum Disulfide Nanoribbon”为题在国际纳米能源类顶级期刊Nano Energy （IF=16.602，SCI一区）上发表。

自旋电子学 (Spintronics)，也称磁电子学，是一门新兴的学科和技术。它利用电子的自旋和磁矩，使固体器件中除电荷输运外，还加入电子的自旋和磁矩，应用于自旋电子学的材料，需要具有较高的自旋极化率，以及较长的电子自旋弛豫时间。许多新材料，例如磁性半导体、半金属等，近年来被广泛研究，以求能有符合自旋电子元件应用所需要的性质。

该工作利用单层二硫化钼的压电特性调控二硫化钼纳米带的边缘态，同时通过非局域交换场实现边缘态的自旋劈裂，从而实现自旋极化输运。其原因在于由应力引起的压电电场会使边缘态发生相变，即从金属相转变成半导体相。然而，当同时存在非局域交换场和应力时，纳米带边缘态会在应力的作用下转变为半金属态。自旋极化行为同时受到应力和非局域交换场的调控，在施加应力大于3.6%时，可以实现100%的自旋极化。该工作为设计单层二硫化钼的高性能压电自旋晶体管提供了新思路和途径。模型和主要结果如下：

图1 (a) MoS2纳米带结构示意图。红色区域指纳米带的左右电极。沿着扶手椅边缘的原子数N用于描述MoS2纳米带的宽度W。(b) 和(d) 分别展示了在拉伸和压缩应变下的压电场的方向。(c)展示了压电场随MoS2纳米带的宽度W变化。

图2(a) 和 (b)展示了压电自旋晶体管示意图。其中，(a) 中未施加应变，（b）中施加拉伸应变。在拉伸应变作用下，自旋极化电子沿边界穿过MoS2纳米带，从而提供栅极电压调节费米能级。(b) 中渐变颜色标记了MoS2纳米带中压电电势分布。(c)和 (d)分别表示在6.9%拉力和2.4λM非局域交换场的共同作用下，21-ZMDSN的能带图和自旋电导图。其中，(c)中自旋向上和自旋向下区域分别用红色和蓝色标记。

该论文第一作者严雪飞是我校物理学科和吉首大学联合培养的研究生，计算科学与电子学院陈桥教授为第一通讯作者，湖南工程学院为第一通讯单位，共同通讯作者还有杜伊斯堡埃森大学李龙龙博士，安特卫普大学Fran？ois Peeters教授。

2017年以来，我校计算科学与电子物理学科与吉首大学物理与机电工程学科联合培养研究生，邓永和教授、陈桥教授被吉首大学聘为硕士研究生导师。学院为研究生提供良好的学习环境和资源，支持学生参与领域内高水平学术会议，在读研究生参与全国材料大会、国际凝聚态物理研讨会等高级别会议十余次，开拓了学术视野，取得较好的科研成果，邓永和教授指导的研究生高明、张宇文在物理学报、Chinese Physics B等权威期刊上各发表SCI论文2篇，代表了我校物理学科人才培养的质量和水平。

该工作获得了湖南省自然科学基金、湖南省教育厅重点项目和湖南工程学院百名骨干人才基金支持。

论文链接https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104953。