铁磁半导体-Dirac 半导体 p-n 异构结的高效阱可调铁磁性

我们采用分子束沉积技术开发了一个可通过栅极调谐的 p-n 异构结，将标准 Dirac 半导体 Cd$_3$As$_2$ 与具有垂直磁各向异性的铁磁半导体 In$_{1-x}$Mn$_x$As 接口。对基于栅极的 Cd$_3$As$_2$/In$_{1-x}$Mn$_x$ 器件进行异常霍尔效应测量，表明铁磁 Curie 温度($T_\mathrm{C}$) 可通过约 10 V 的 modest 栅极电压进行高效调谈，对应电场灵敏度为 $\Delta T_{\mathrm{C}}/\Delta E \sim 10$ K/MV/cm。$T_\mathrm{C}$ 的电压调谐在 Cd$_3$As$_2$ 的电荷中性点附近饱和，在合适设计的异构结中在正栅极电压下消失。这种非单调行为无法仅通过 In$_{1-x}$Mn$_x$As 中的空穴介导的铁磁性解释，暗示 Dirac 半导体与铁磁半导体之间的相互作用。我们的结果将 Cd$_3$As$_2$/In$_{1-x}$Mn$_x$ 异构结识别为研究由破对称性、拓扑性和磁性在拓扑半导体中涌现现象的潜在平台。