在國家基金委和中科院創(chuàng)新工程的支持下，半導(dǎo)體所常凱研究員和博士生朱家驥，與美國斯坦福大學(xué)物理系張首晟教授合作從理論上研究了BiSe 等材料表面磁性全電控制的可能性。

通過控制載流子濃度以控制材料磁性是半導(dǎo)體自旋電子學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。這種控制方案已經(jīng)在稀磁半導(dǎo)體GaMnAs中得以實(shí)現(xiàn)。但是當(dāng)費(fèi)米能級(jí)處于普通的半導(dǎo)體材料的能隙中時(shí)，半導(dǎo)體處于絕緣狀態(tài)，因此以電子或空穴為媒介引致的磁離子之間的自旋關(guān)聯(lián)消失，體系的鐵磁性隨之消失。最近發(fā)現(xiàn)的新型的拓?fù)浣^緣體材料展現(xiàn)出反轉(zhuǎn)的能帶結(jié)構(gòu)和較窄的帶隙（0.4eV左右)，且具有奇特的新特性: 它的體內(nèi)是絕緣的，但是表面表現(xiàn)出金屬特性。這類材料輸運(yùn)和磁光特性的研究工作正成為國際前沿研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。

這種類金屬的電子表面態(tài)具有令人驚奇的自旋極化和手征特性，且由于時(shí)間反演對(duì)稱性的保護(hù)，而不容易受到雜質(zhì)散射的破壞。如何利用電場(chǎng)來控制表面的磁性引起人們極大的研究興趣。半導(dǎo)體所常凱研究員和博士生朱家驥，與美國斯坦福大學(xué)物理系張首晟教授合作從理論上研究了BiSe 等材料表面磁性全電控制的可能性。由于表面態(tài)電子具有手征特性，導(dǎo)致磁離子之間扭曲的RKKY相互作用。這種RKKY相互作用由海森堡項(xiàng)，DM項(xiàng)和伊辛項(xiàng)構(gòu)成。通過改變柵壓，可以改變各項(xiàng)的相對(duì)權(quán)重，從而控制磁離子之間的自旋關(guān)聯(lián)的形式，形成不同的磁相。該文的結(jié)果為實(shí)現(xiàn)人工控制的強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ)。文章發(fā)表在Phys. Rev. Lett. 106, 097201(2011)。