铁磁半导体 EuO 与硅的直接外延集成用于自旋电子学应用

电荷自由度与自旋自由度强烈相互作用的材料提供了称为自旋电子学的应用。继基于巨磁电阻效应的金属自旋电子学取得显著成功之后，人们投入了大量精力发展尚不成熟的半导体自旋电子学，特别是旨在制造三端自旋电子器件，例如自旋晶体管。此类技术最重要的先决条件之一是将自旋极化载流子从铁磁半导体有效注入到非磁性半导体中，最好是目前工业应用中使用的半导体，如现代电子工业的主力——硅（Si）。长期以来，铁磁半导体 EuO 被认为是最适合与 Si 集成的磁性半导体候选者。尽管 EuO 被证明能为向硅有效注入自旋提供最佳条件，且尽管付出了巨大努力，但迄今为止尚未演示在无缓冲层情况下在 Si 上直接外延稳定化学计量比的 EuO 薄膜。在此，我们报告了一种在亚单层水平控制 EuO/Si 界面的新技术，该技术可能对在 Si 上生长功能氧化物具有普遍意义。利用该技术，我们解决了在硅上直接外延生长 EuO 薄膜这一长期存在的问题，所生长的薄膜表现出 EuO 体材料的结构和磁学性质。这一结果为开发全半导体自旋电子器件开辟了新的可能性。