近日，武汉科技大学理学院、省部共建协同创新中心朱思聪副教授联合国防科技大学吴坚教授和德国洪堡学者王健（共同通讯作者）合作报道了利用离域电子工程调控β-AsP的电子结构，实现电学性质定向转变。进一步在光源逻辑器件仿真中，通过调整空位浓度可实现宽带响应、三角波电路系统信号和偏振各向异性翻转，消光比高达1561。在空位浓度为1.67%和0.89%时，电源和热源逻辑器件的磁阻分别达到1013%和1039%，显著优于已有报道。研究结果揭示了一种通过调节电子结构，实现多源逻辑纳米器件高效输出的离域电子策略。相关工作以“Electronic Delocalization Engineering of β-AsP Enabled High-Efficient Multi-Source Logic Nanodevices”为题发表在材料领域权威期刊《Advanced Functional Materials》上，2020级硕士生刘方奇和2021级硕士生王通通为论文共同一作。

朱思聪老师作为该论文的通讯作者，武汉科技大学为第一单位。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202312830

图文导读

图1：规律调控和机制。不同P原子空位浓度工程对β-AsP电子结构的调制。

图2：基于空位引入的β-AsP的光源逻辑器件仿真。

图3：基于空位引入的β-AsP的电源控逻辑器件。

图4：基于空位引入的β-AsP热源逻辑器件。

总结与展望

通过第一性原理计算结合非平衡格林函数方法，系统研究了β-AsP从掺杂到空位引入的电子离域工程，以实现纳米器件多功能的高性能输出。结果表明，As和P原子空位作为等效位点，可以导致β-AsP全电学性质转变，并且在不同空位浓度下初步探讨了半金属和金属性质转变的机理。这是由于空位位置最近的三个相邻原子所产生的电子离域和不对称电子态导致最高已占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)向费米能级移动并发生自旋极化。此外，电源控制逻辑器件模拟表明，在所有空位浓度下，自旋滤波效果都接近100%，在高浓度空位下，TMR达到1013%。通过控制温差和电极温度，可获得高达1039%的HIMR，实现了纯电荷电流到纯自旋电流的转换，这是迄今为止的最高报道。这项工作表明，离域电子能够以“0”和“1”的创造性编码逻辑数字信息满足未来多样化的逻辑纳米器件。