致真精密仪器助力厦门大学科研团队发表重要成果

近日，厦门大学物理学系康俊勇教授团队吴雅苹教授、吴志明教授、李煦副教授联合南方科技大学陈晓龙副教授，在材料科学领域的顶级期刊《Advanced Materials》发布题为 “Giant Circular Dichroism in Proximitized WS₂ Spin-Valley Transistors for Complementary Optoelectronics and Reconfigurable Logics” 的论文。致真精密仪器自主研发的原子力显微镜为研究提供了关键的材料形貌与厚度表征支持，为核心实验数据提供了可靠的材料结构依据。

主流的CMOS 逻辑电路依赖于极性相反的互补型场效应晶体管以实现各种逻辑功能。而光电晶体管则面临一大核心瓶颈：即在光照下始终处于低阻导通状态，难以实现类似互补特性以构建光电逻辑门。基于二维过渡金属二硫族化合物独特的自旋-能谷锁定特性和光跃迁选择定则，可以通过光的圆偏振手性而非亮暗操控光电子的属性，为光电器件提供了新的自由度。然而，受限于材料自旋选择性不足与外磁场依赖，实际器件的圆偏振光电流极化率普遍低于15%，难以满足应用需求。

针对这一挑战，康俊勇教授团队提出创新解决方案：将 WS₂单层与高居里温度的钇铁石榴石（YIG）磁性基底结合，利用磁近邻效应打破 WS₂的自旋简并，同时集成 CoFeB/MgO 自旋隧穿电极提升界面自旋过滤效率。这一设计无需强外磁场即可实现自旋调控，在 325 nm 紫外光激发下，室温圆偏振光电流极化率达 38.74%，施加 0.4 T 磁场后进一步提升至 41.90%，低温 17 K 下更是达到 49.23%，相关指标在已报道的自旋光电器件中处于国际领先水平（图 1）。

图1自旋-能谷晶体管的结构示意图及圆偏振光电流表征结果

此外，康俊勇教授团队发现通过切换基底与电极的磁化方向，可实现光电流圆二色性的符号反转 —— 即器件在左旋圆偏振光（σ⁺）与右旋圆偏振光（σ⁻）照射下呈现完全相反的电阻状态。这一特性成功填补了互补光电晶体管的技术空白，即可通过光的手性实现 “光控开/关”，例如磁化向上的晶体管在 σ⁺光下为低阻态、σ⁻光下为高阻态，磁化向下的晶体管则呈现相反响应。

基于此，康俊勇教授团队进一步构建了可重构光电逻辑门。通过组合不同磁化状态的互补自旋-能 谷晶体管，成功实现 NOT、NAND 及 NOR 逻辑运算，且逻辑门可通过局部磁场调控晶体管磁化方向，灵活重构为 OR、AND 等其他功能。器件还具备超低功耗优势，逻辑状态切换功耗低至 9-115 pW，远低于传统硅基 CMOS 器件（约 17.2 μW），同时与 CMOS 工艺完全兼容，输出电压（0.8-4.8 V）匹配标准 CMOS 电平，为光电子 - 微电子集成奠定基础。

图2 基于自旋-能谷晶体管的可重构光电逻辑门示意图

该研究成果不仅为二维材料自旋-能谷调控提供了新范式，更在偏振光探测、片上光耦合器及全光计算等领域展现出巨大应用潜力。例如，器件可作为紧凑型圆偏振光探测器，无需外部光学元件即可直接识别光的圆偏振状态；其 “光手性-电阻状态” 的精准对应关系，还可用于构建三态光耦合器，实现信号隔离与逻辑控制的双重功能。

在康俊勇教授团队关于WS₂自旋-能谷晶体管的研究中，致真精密仪器的原子力显微镜发挥了重要支撑作用。它精准确认了CVD生长的WS₂为厚度0.72 nm的单层结构，是实现强自旋-轨道耦合与能谷选择性光跃迁的关键基础；同时验证了材料表面均匀、无缺陷，保障了器件性能的可靠性。此外，其测得的WS₂厚度均一性为“沟道宽度影响光电流极化率”的结论排除了厚度变量干扰，增强了研究的可信度，为实现高达41.90%的室温光电流极化率等核心成果提供了关键保障。

原子力显微镜

致真精密仪器原子力显微镜可对材料、电子器件、生物样本等进行三维扫描成像，实现亚埃米级形貌表征。具备接触、轻敲、非接触等多种工作模式，为用户提供了更为灵活和精准的操作选择。此外，它还集成了磁力显微镜、静电力显微镜、扫描开尔文显微镜、压电力显微镜等多种功能模式，稳定性强,可拓展性良好。此外可根据用户需求灵活定制功能模块,为特定研究领域提供针对性解决方案，实现一机多用的高效检测平台。

致真精密仪器助力康俊勇教授团队在《Advanced Materials》发表重要成果，体现了国产高端科研仪器在前沿材料与器件研究中的关键支撑能力。致真精密仪器将持续深耕技术创新与产品升级，为科研工作者提供更精准、高效的技术解决方案，助力更多突破性成果的诞生。

致真精密仪器

致真精密仪器致力于实现高端科学仪器和集成电路测试设备的自主可控和国产替代。

致真精密仪器通过工程化与产业化攻关，已成功研发出一系列应用于磁学、自旋电子学、纳米形貌表征等领域的前沿科研设备，包括“原子力显微镜、高精度VSM、磁光克尔显微镜等磁学测量设备、各类磁场探针台、低温强磁场光学测量平台、磁性芯片测试机等产线级设备”等，如有需要，我们的产品专家可以提供免费的项目申报辅助、产品调研与报价、采购论证工作，期待与您更深入的交流与合作！