本网讯 近期，我校物理与电子科学学院张仕雄博士在半导体自旋电子学领域取得系列研究进展，研究成果分别发表于物理学知名期刊Physical Review B和Applied Physics Letters上。其中，Physical Review B是美国物理学学会旗下重要期刊之一，主要发表物理学领域的高水平前沿学术成果，是国际物理学界广泛认可的期刊；Applied Physics Letters由美国物理联合会出版，报道应用物理领域前沿的重大发现，是国际应用物理领域上最有影响力的期刊之一。上述研究成果得到了国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、湖北省重点实验室开放课题基金的资助，并获得微纳光电子器件与集成湖北省工程研究中心、光电转换材料与器件湖北省重点实验室等科研平台的支持。
成果一：自旋电子学专注于操控电子的自旋自由度，由于其具有高集成度、低功耗和高运行速度的潜力，是信息技术发展的可行技术路径之一。电子自旋的调控是发展自旋电子器件功能的核心关键。GaN基半导体材料因其电场可控的自旋轨道耦合以及理论上高于室温的居里温度，使得成为制备自旋电子器件的候选材料。论文作者通过联合金刚石对顶砧加压技术以及超快时间分辨克尔光谱技术，研究了流水静压力对纤锌矿GaN中载流子自旋退极化的调控作用，研究表明，流水静压力会在材料中诱导更多非辐射复合中心产生，而对于自旋弛豫时间的影响微弱，此外我们提出通过外延衬底(AlN, 6H-SiC)提供的压应变作为提高GaN半导体自旋弛豫时间的一种可行途径。该研究成果以“Hydrostatic pressure effects on spin depolarization dynamics in wurtzite GaN”为题发表在Applied Physics Letters上，张仕雄博士为论文第一作者，湖北师范大学为论文第一单位，北京大学沈波教授和唐宁教授为通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0252497
成果二：电子自旋的电学调控是发展自旋电子器件的核心关键。论文作者基于GaN/AlGaN异质结制备了高质量的栅极调控器件，通过时间分辨克尔光谱技术实现了电场调控电子自旋的原理演示，研究表明，界面二维电子气与体电子的自旋弛豫时间相差一个数量级，外加栅场可以通过调控载流子的转移从而实现有效的自旋弛豫调控。该研究成果以“Electric field modulation of electron spin transfer and relaxation in GaN/AlGaN heterostructures with two intrinsic processes”为题发表在Physical Review B上，张仕雄博士为论文第一作者，湖北师范大学为论文第一单位，北京大学沈波教授和唐宁教授为通讯作者。
论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.111.195301
成果三：集成了n型沟道和p型沟道的 p-GaN/AlGaN/GaN异质结构已广泛应用于 p 型沟道场效应晶体管（p-FET）器件以及互补金属氧化物半导体（CMOS）逻辑电路中。然而，p 型沟道的空穴迁移率仍然较低，尤其是在通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）法生长的异质结构中。针对这一问题，论文作者通过在 p 型沟道中引入镓空位来设计一种杂质工程，使得扩散的镁杂质能够取代镓位点，形成 MgGa缺陷而非间隙镁离子。由于杂质电荷的减少，带电杂质散射因此得到抑制。这项工作为改善氮化镓异质结构的输运性能开辟了一条途径，并为在硅衬底上制备高性能的基于氮化镓的p型场效应晶体管器件和互补金属氧化物半导体逻辑电路奠定了基础。该研究成果以“High mobility p-channel GaN heterostructures grown by MOCVD through impurity engineering”为题发表在Applied Physics Letters上，北京大学博士研究生吴俊康为论文第一作者，北京大学沈波教授、杨学林教授和湖北师范大学张仕雄博士为论文通讯作者，湖北师范大学为论文的研究合作单位。
论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0246960
作者简介：张仕雄，2023年6月毕业于北京大学，获理学博士学位，硕士研究生导师。主要从事GaN基半导体自旋物理性质研究以及器件研制工作，在该领域作为第一/共一作者以及通讯作者在Physical Review B、Applied Physics Letters等知名期刊发表学术论文9篇，参与申请国家发明专利2件（已授权），以第一作者在第四届全国宽禁带半导体学术会议上发表会议论文1篇（邀请报告）。主持国家自然科学基金青年项目、湖北省自然科学基金青年项目和湖北省重点实验室开放课题项目各1项。