研究背景 随着人工智能、物联网和边缘计算的发展，信息器件需要在更小尺寸下实现更高密度、更低功耗和更丰富的状态编码。多铁隧道结（MFTJ）能够同时利用铁电极化和磁构型调控隧穿电流，有望通过隧穿电致电阻（TER）和隧穿磁电阻（TMR）实现多阻态非易失存储。然而，传统氧化物多铁隧道结常受到界面缺陷、接触电阻和较大电阻面积乘积（RA product）的限制，难以兼顾高开关比与低读写功耗。二维范德华材料表面无悬挂键、界面洁净，可在原子级厚度下构建高质量铁电/铁磁异质结，为低 RA、多阻态自旋电子器件提供了新的材料平台。该研究基于第一性原理和 DFT-NEGF 输运计算，提出由半金属 CoGa2Se4 电极夹持铁电双层 Ga2Se3 的 Cu/CoGa2Se4/bilayer-Ga2Se3/CoGa2Se4/Cu 范德华反铁电多铁隧道结（AFMFTJ）。研究重点在于揭示铁电极化如何驱动界面准欧姆/肖特基接触转换，并进一步实现巨 TER、显著 TMR、低 RA 以及可反向切换的光响应。 研究内容 首先构建四层半金属/铁电/铁电/半金属范德华异质结构模型。双层 Ga2Se3 可形成 FE-R、FE-L、AFE-H 和 AFE-T 四种极化态，不同极化方向改变界面电荷转移与内建电场，从而调节两侧 CoGa2Se4/Ga2Se3 接触类型。该思路将铁电极化从“调势垒高度”进一步扩展到“调界面接触”，为多阻态隧穿结设计提供了更直接的物理手段。 图 1.（a）由铁电双层晶体夹在两个半金属层之间构成的 vdW AFMFTJ 示意图，黑色虚线框表示可通过反转横向外加电场方向来操控铁电极化方向。（b-e）通过 vdW 界面工程在四层多铁模型中实现多电阻态的设计原理，并给出四层结构模型中 vdW 铁电双层的示意电子能带结构。横向蓝色箭头和纵向红色箭头分别表示铁电层的铁电极化方向和半金属层的磁化方向，灰色箭头表示电子转移方向。 材料性质方面，单层 CoGa2Se4 表现出半金属性，自旋向下通道具有约 0.80 eV 能隙，可作为高自旋极化电极；单层 Ga2Se3 为稳定半导体，间接带隙约 1.05 eV，并具有可翻转的面外铁电极化。二者通过范德华作用堆叠后，既保持各自功能特征，又形成可由极化调控的界面能带排列。 图 2.（a）单层 CoGa2Se4 晶体结构的俯视图和侧视图（b）P↑ 态和（c）P↓ 态下单层 Ga2Se3 晶体结构的俯视图和侧视图（d）单层 CoGa2Se4 和（e）单层 Ga2Se3 的能带结构，蓝色箭头表示铁电极化方向。 能带计算表明，四种极化态对应完全不同的界面接触。FE-R 和 FE-L 中，一个界面接近准欧姆接触，另一个界面形成肖特基势垒；AFE-H 中两侧界面均趋向准欧姆接触；AFE-T 中两侧界面均表现为肖特基接触。该接触转换来源于 CoGa2Se4 与双层 Ga2Se3 之间的功函数差、极化场驱动的能带移动以及多界面电子转移。 […]

交错磁体 CrSb 基磁性隧道结中的自旋依赖输运 交错磁性是一种新兴磁有序态，兼具铁磁体的自旋极化和反铁磁体抵抗磁扰动的能力，为突破传统自旋电子器件的性能瓶颈提供了新途径。本文聚焦交替磁体 CrSb，通过对称性分析和密度泛函理论计算，揭示其三维布里渊区内由实空间旋转与镜面操作保护的自旋极化能带结构，并分析自旋轨道耦合对能带简并的调控作用。结合非平衡格林函数方法，研究基于 CrSb 的交错磁性隧道结的量子输运性质。结果表明，采用 2.196 Å 真空势垒时，费米能级附近的隧穿磁阻比达到 60%；当真空替换为有效厚度 4.4 Å 的单层 h-BN 后，TMR 降至 20%。该工作结合 Néel 自旋流，阐明了交错磁性子晶格自旋通道的协同输运机制，拓展了交替磁体的理论框架，并为基于 g 波对称交替磁性的自旋电子器件设计奠定基础。（Applied Physics Letters, 2025, 127: 182409. DOI: 10.1063/5.0278985.） 原子位移下 Rashba 自旋轨道耦合增强 Cs3Bi2Br9/α-In2Se3 异质结构的铁电性与自旋动力学 多种材料中已发现有趣的铁电极化，其中本征对称性破缺和自旋轨道耦合发挥重要作用，但 Br 原子位移条件下 Rashba 自旋轨道耦合调控铁电性质的机制仍不清楚。本研究采用杂化泛函和包含自旋轨道耦合的第一性原理非绝热分子动力学，阐明原子位移对铁电 Cs3Bi2Br9/α-In2Se3↓ 异质结构铁电性和载流子自旋动力学的影响。结果显示，Rashba 自旋轨道耦合通过增强对称性破缺显著提高铁电性；Br 原子位移使铁电极化达到 0.69 μC/cm2，自旋分裂强度达到 αR = 1.18 eV/Å。自旋分裂发生在异质结构导带底，同自旋通道载流子主要通过电子-声子耦合弛豫。弛豫过程由自旋向下载流子主导，其电子与空穴弛豫时间差为自旋向上通道的约五倍（空穴约两倍）。当 ΔdBr-Bi = 0.008 Å 时，界面电子-空穴复合时间缩短至 122.78 fs，并显著改善载流子分离效率。研究还表明，铁电极化能够有效调控该异质结构中的自旋光电流。（Physical Review B, 2025, 112: 174312. […]

铁电调控能带排列增强 BAs/In2S3 铁电隧道结的隧穿电阻 本研究设计了基于 BAs/In2S3 范德华异质结构的二维铁电隧道结，并研究其输运特性。在低偏压下，不同极化态的电流幅值存在显著差异，产生高达 108% 的巨大隧穿电阻（TER）比。投影能带分析表明，铁电极化反转使能带排列由 III 型转变为 I 型。进一步分析发现，极化反转改变了总电荷转移，并相应调节 BAs 与 In2S3 层中费米能级的位置，进而导致金属态与半导体态之间的转变，实现高 TER 比。结果显示，这类高性能二维铁电隧道结在非易失存储器和铁电场效应晶体管中具有重要应用潜力。（Computational Materials Science, 2025, 253: 113823. DOI: 10.1016/j.commatsci.2025.113823.） 双层 GaN 纳米片：面向下一代晶体管的潜在沟道材料 氮化镓（GaN）是一种很有前景的第三代半导体，氢钝化翘曲双层 GaN 具有独特的电子特性。本研究利用第一性原理量子输运模拟评估栅长为 5 nm 的双层 GaN 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）。器件性能对电极掺杂浓度和欠叠长度高度敏感。优化后的 n 型/p 型器件在低功耗应用中的导通电流分别为 1059/689 μA/μm，在高性能应用中分别为 2037/1247 μA/μm；对应延迟时间分别为 0.053/0.078 ps 和 0.047/0.073 ps，功耗分别为 0.033/0.032 fJ/μm 和 0.057/0.054 fJ/μm。这些指标超过 IRDS 对“5 Å 等效节点”的目标。在相同工作条件下，双层 GaN MOSFET 的导通电流优于单层 MoS2、InSe、InP、硅烯和锗烷。总体而言，双层 […]