随着微电子器件小型化的发展，摩尔定律逼近极限，在半导体中寻找有效、精确的操控电子的新方式，从而发展更高密度、更快传输和处理速度的电子器件是科研人员一直致力的目标。而对于电子的操控离不开其本身具有的内禀自由度，除了电荷和自旋这两个人们所熟知的电子的自由度之外，在二维半导体材料中还发展了电子的另一个自由度——能谷，即能带中的极值点。利用电子在不同能谷中的非平衡分布，可以实现一种新的二进制信息编码方式，这使得能谷成为新的信息载体，以此为基础，有望实现高运算速度、低功耗、非易失的新型谷电子器件。
基于不同能谷的电子具有相反的贝里曲率而产生的谷霍尔效应是实现谷电子器件的重要途径之一。然而，已有的关于二维半导体材料谷霍尔效应的报道或受限于器件复杂微结构的加工要求，亦或受限于低温极端条件，这些都极大程度上限制了谷电子器件的实用化发展。鉴于此，马惠老师与高炜博教授、熊启华教授合作，通过设计过渡金属硫族化合物异质结构，利用圆偏振光操控不同能谷中的电子，实现了室温下工作的双极型谷电子晶体管，与此同时，他们还成功地利用栅压实现了谷霍尔电压的幅度和极性多维度调控。这一成果对于提高谷电子晶体管的开关比，实现更加复杂的谷电子逻辑电路具有十分重要的意义，进一步推进了谷电子器件的实用化进程。
马惠的相关研究工作得到了国家自然科学基金，国家留学基金，天津市自然科学基金的支持。
文章原文链接:https://www.nature.com/articles/s41928-021-00686-7（审稿：物理科学与技术学院 廖帮全 张海明 编辑：党委宣传部 柳婷）
图片来源：物理科学与技术学院
