德国研制出全球首个二维半金属材料

德国于利希研究中心的研究人员近日宣布，成功研制出全球首个经过实验验证的二维半金属材料。这种材料的独特之处在于，它仅允许一种自旋方向的电子通过，即要么是“自旋向上”，要么是“自旋向下”。

相关研究成果已发表于物理评论快报，标志着在新一代高效能自旋电子材料领域取得了关键性进展。该研究以“编辑推荐”形式刊登，显示出其重要科学价值。

与传统导体不同，半金属材料具备一种特殊性质：仅容许单一自旋方向的电子流动。这一特性使其成为自旋电子学的理想材料。自旋电子学是一门利用电子电荷与自旋双重属性来实现信息处理和存储的新兴技术。

此前，已知的半金属材料多只能在极低温条件下运行，且在材料表面会丧失其独特性能，这严重制约了其实际应用。此次研究人员通过创新结构设计，在钯晶体基底上制备出仅两个原子层厚度的铁钯合金超薄膜，并利用自旋分辨动量显微镜技术确认了其二维半金属性质。

这一新材料可广泛应用于自旋电子器件，例如自旋过滤器和自旋轨道扭矩系统，用于存储芯片中磁状态的转换。此外，该材料不仅在室温下表现稳定，还与现有薄膜技术良好兼容，为未来器件集成奠定了基础。

值得一提的是，该材料还展现出罕见的“自旋极化方向与磁化方向相反”的现象，这一特性或将为纳米磁性器件带来新的功能与应用前景。