研究成果-「室溫磁性半導體」的發現

對於製備自旋電子元件來說，最有興趣的是尋找具有室溫鐵磁性(RTFM)的材料。過去在一些半導體或者氧化物中也常被觀察到具有「室溫鐵磁性」的特性，然對於其鐵磁性的產生機制仍有許多不同的推論，然而一般都認為其磁性的來源是起源於材料中的磁性雜質而不是材料本身的本質特性。

目前由中央研究院與淡江大學的研究學者與印度和美國的研究人員的合作的實驗中發現，將一非磁性的半導體製做成奈米晶體之後，其奈米晶體在室溫附近會產生具有鐵磁性的特性。此一「發現室溫磁性半導體」的研究成果，除被於被發表於「先進材料期刊（Advanced Materials）」外，更被自然出版集團（Nature Publishing Group）選為網頁頭條，稱此成果為由亞洲暨太平洋地區研究人員所發表的最佳研究成果。(http://www.natureasia.com/asia-materials/highlight.php?id=122)。

中研院研究員陳洋元博士與淡江大學張經霖教授的研究團隊相信，在他們的鎘硒（CdSe）奈米晶體中發現了「室溫鐵磁性」的特性，是由奈米晶體製備的過程中，覆蓋一層非磁性的介面活性劑 (三辛基氧化磷)所產生。研究人員推論此「室溫鐵磁性」是源自奈米晶體表面的電子結構產生了變化，與晶體表面所覆蓋的介面活性劑層有相當的關聯。 由於氧的陰電性要比鎘的大得多，原來在鎘上的電荷很可能從鎘轉移到介面活性劑上的氧，而使得原先鎘填滿的4d電子帶產生了電洞與磁矩，進而產生了鐵磁性。

研究團隊以磁化率的量測證明了此一鐵轉機制，奈米晶體的磁化率會隨著奈米晶體尺寸的縮小而增加，這完全符合了原先的推論，亦即磁性來自晶體表面。的確，隨著樣品尺寸的縮小，樣品表面的特性對樣品的影響也就更大。除此之外，進一步的化學成分分析排除了一些常見的鐵磁雜質存在於樣品中的可能性。

  CdSe是在同類半導體奈米晶體中，第一個被發現具有「室溫鐵磁性」的奈米晶體。 此研究工作的重要性在於藉由適當的表面重組，不需要摻雜任何其他的磁性元素，半導體奈米晶體也會具有「室溫鐵磁性」性的特性。此一研究成果因磁性特性的加入，將賦予了半導體有更大的應用範疇，對半導體工業的發展更添潛在的助力。

參考網站：奈米材料與低溫物理實驗室http://www.phys.sinica.edu.tw/~lowtemp/

新聞聯繫人：
陳洋元博士，中央研究院物理研究所研究員，(Tel)886-2-2789-6725