VNbRuAl 中的双极磁性半导体行为：一种用于自旋滤波器的新型自旋电子材料

我们报道了一类新型自旋电子材料的理论预言，即双极磁性半导体（BMS），并得到了实验数据的支持。BMS 具有独特的能带结构，其自旋向上与向下通道的带隙不等，因而可用于基于自旋输运的可调谐应用如自旋滤波器。BMS 中价带（VB）与导带（CB）经由相反自旋通道接近费米能级，从而利于实现可通过外加栅压控制的 reversible 自旋极化。我们报道四元 Heusler 合金 VNbRuAl 恰好具备 BMS 的能带结构。该合金结晶于 LiMgPdSn 原型结构（空间群 $F\bar{4}3m$），具 B$2$ 无序，晶格参数 6.15 \AA。电阻与霍尔测量显示双通道半导体行为及负磁阻（MR）的准线性依赖，表明其可能的半导体本质。有趣的是，VNbRuAl 还展现完全补偿亚铁磁（FCF）行为，净磁化强度消失（m$_s$$\sim$ $10^{-3}$ $\mu_B/f.u.$）且有序温度极高（$> 900$ K）。不同于常规 FCF，此例中磁矩消失似乎是长程反铁磁（AFM）有序与晶体固有 B2 无序共同所致。本研究为发现一类用于反铁磁自旋电子学的材料开辟了可能，在基础与应用层面均具重要意义。