近日，廈門大學物理學系康俊勇教授團隊吳雅蘋教授、吳志明教授、李煦副教授聯合南方科技大學陳曉龍副教授，在材料科學領域的頂級期刊《Advanced Materials》發布題為 “Giant Circular Dichroism in Proximitized WS? Spin-Valley Transistors for Complementary Optoelectronics and Reconfigurable Logics” 的論文。致真精密儀器自主研發的原子力顯微鏡為研究提供了關鍵的材料形貌與厚度表征支持，為核心實驗數據提供了可靠的材料結構依據。

主流的CMOS 邏輯電路依賴于極性相反的互補型場效應晶體管以實現各種邏輯功能。而光電晶體管則面臨一大核心瓶頸：即在光照下始終處于低阻導通狀態，難以實現類似互補特性以構建光電邏輯門?；诙S過渡金屬二硫族化合物獨特的自旋-能谷鎖定特性和光躍遷選擇定則，可以通過光的圓偏振手性而非亮暗操控光電子的屬性，為光電器件提供了新的自由度。然而，受限于材料自旋選擇性不足與外磁場依賴，實際器件的圓偏振光電流極化率普遍低于15%，難以滿足應用需求。

針對這一挑戰，康俊勇教授團隊提出創新解決方案：將 WS?單層與高居里溫度的釔鐵石榴石（YIG）磁性基底結合，利用磁近鄰效應打破 WS?的自旋簡并，同時集成 CoFeB/MgO 自旋隧穿電極提升界面自旋過濾效率。這一設計無需強外磁場即可實現自旋調控，在 325 nm 紫外光激發下，室溫圓偏振光電流極化率達 38.74%，施加 0.4 T 磁場后進一步提升至 41.90%，低溫 17 K 下更是達到 49.23%，相關指標在已報道的自旋光電器件中處于國際領先水平（圖 1）。

圖1自旋-能谷晶體管的結構示意圖及圓偏振光電流表征結果

此外，康俊勇教授團隊發現通過切換基底與電極的磁化方向，可實現光電流圓二色性的符號反轉 —— 即器件在左旋圓偏振光（σ?）與右旋圓偏振光（σ?）照射下呈現完全相反的電阻狀態。這一特性成功填補了互補光電晶體管的技術空白，即可通過光的手性實現 “光控開/關”，例如磁化向上的晶體管在 σ?光下為低阻態、σ?光下為高阻態，磁化向下的晶體管則呈現相反響應。

基于此，康俊勇教授團隊進一步構建了可重構光電邏輯門。通過組合不同磁化狀態的互補自旋-能 谷晶體管，成功實現 NOT、NAND 及 NOR 邏輯運算，且邏輯門可通過局部磁場調控晶體管磁化方向，靈活重構為 OR、AND 等其他功能。器件還具備超低功耗優勢，邏輯狀態切換功耗低至 9-115 pW，遠低于傳統硅基 CMOS 器件（約 17.2 μW），同時與 CMOS 工藝完全兼容，輸出電壓（0.8-4.8 V）匹配標準 CMOS 電平，為光電子 - 微電子集成奠定基礎。

圖2 基于自旋-能谷晶體管的可重構光電邏輯門示意圖

該研究成果不僅為二維材料自旋-能谷調控提供了新范式，更在偏振光探測、片上光耦合器及全光計算等領域展現出巨大應用潛力。例如，器件可作為緊湊型圓偏振光探測器，無需外部光學元件即可直接識別光的圓偏振狀態；其 “光手性-電阻狀態” 的精準對應關系，還可用于構建三態光耦合器，實現信號隔離與邏輯控制的雙重功能。

在康俊勇教授團隊關于WS?自旋-能谷晶體管的研究中，致真精密儀器的原子力顯微鏡發揮了重要支撐作用。它精準確認了CVD生長的WS?為厚度0.72 nm的單層結構，是實現強自旋-軌道耦合與能谷選擇性光躍遷的關鍵基礎；同時驗證了材料表面均勻、無缺陷，保障了器件性能的可靠性。此外，其測得的WS?厚度均一性為“溝道寬度影響光電流極化率”的結論排除了厚度變量干擾，增強了研究的可信度，為實現高達41.90%的室溫光電流極化率等核心成果提供了關鍵保障。

原子力顯微鏡

致真精密儀器原子力顯微鏡可對材料、電子器件、生物樣本等進行三維掃描成像，實現亞埃米級形貌表征。具備接觸、輕敲、非接觸等多種工作模式，為用戶提供了更為靈活和精準的操作選擇。此外，它還集成了磁力顯微鏡、靜電力顯微鏡、掃描開爾文顯微鏡、壓電力顯微鏡等多種功能模式，穩定性強,可拓展性良好。此外可根據用戶需求靈活定制功能模塊,為特定研究領域提供針對性解決方案，實現一機多用的高效檢測平臺。

致真精密儀器助力康俊勇教授團隊在《Advanced Materials》發表重要成果，體現了國產高端科研儀器在前沿材料與器件研究中的關鍵支撐能力。致真精密儀器將持續深耕技術創新與產品升級，為科研工作者提供更精準、高效的技術解決方案，助力更多突破性成果的誕生。

致真精密儀器

致真精密儀器致力于實現高端科學儀器和集成電路測試設備的自主可控和國產替代。

致真精密儀器通過工程化與產業化攻關，已成功研發出一系列應用于磁學、自旋電子學、納米形貌表征等領域的前沿科研設備，包括“原子力顯微鏡、高精度VSM、磁光克爾顯微鏡等磁學測量設備、各類磁場探針臺、低溫強磁場光學測量平臺、磁性芯片測試機等產線級設備”等，如有需要，我們的產品專家可以提供免費的項目申報輔助、產品調研與報價、采購論證工作，期待與您更深入的交流與合作！