电子 浙大学者发现电子自旋操控的高速开关，可用开发自旋场效应晶体管( 二 )
提及本次研究的创新点，郑毅说道：“重元素二维材料体系使得电子自旋的高速精准控制成为可能。电子在晶体周期性势场中的轨道运动会受到重原子对其强烈的吸引，在对称性破缺的情况下产生自旋和运动方向的严格锁定关系，即自旋轨道耦合效应。”
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图 | 自旋电子器件（来源：Nature）
Rashba 物理的 “新大陆”
通常在晶体中，自旋轨道耦合效应表现为自旋劈裂的 Rashba 表面态。在倒格矢空间中，以零点为中心能形成正负倒格矢对称，自旋相反的两套 Rashba 能带如下图左所示。
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图 | 黑砷粒子 - 空穴不对称 Rashba 能带（来源：Nature）
在研究黑砷二维电子态体系的量子输运时，该团队发现黑砷体系的自旋轨道耦合，会呈现出独特的粒子 - 空穴不对称性。
具体来说，在电子掺杂时，自旋轨道耦合的打开对应着传统的 Rashba 图像；但当引入空穴时，则出现奇特的自旋 - 能谷耦合的 Rashba 新物理现象（如上图右所示），且在强磁场下表现出反常的量子化行为：霍尔台阶图片中的系数、也就是填充因子，会出现自旋 - 能谷耦合 Rashba 能谷量子化所特有的偶 - 奇转变。
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图 | 带 “味” Rashba 能谷的量子化行为（来源：Nature）
对于这一新的物理现象，郑毅表示：“黑砷空穴 Rashba 能谷的描述，需要自旋和能谷两个量子数，在 k - 空间形成两种‘味’（Flavours）的自旋相反 Rashba 能带！”
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图 | 黑砷量子霍尔器件（来源：Nature）
对于本次研究的应用前景，郑毅表示：“未来，科研人员可以利用自旋轨道耦合实现高效的自旋调控，开发自旋场效应晶体管等电子元器件。”
5 年如一日，这是物理学家的坚持
一直以来，学界都在寻找可以高效调控自旋轨道耦合效应的量子体系，然而多是铩羽而归。
问及为何是该课题组找到，他们给了一个公式：“1% 的直觉 + 99% 的运气。”
对于该公式，郑毅解释称：“1% 的直觉，指的是在确定‘重元素二维体系的自旋轨道耦合调控’的研究主题后，要从几百种已知的二维材料中‘准确’地挑选 1-2 个体系；而 99% 的运气背后是夯实的专业以及不为人知的努力。”
他表示：“目前，黑砷晶体很难人工合成，需要从天然的伴生矿石中挑选，再手工解理出纳米厚度的二维薄膜。这是一个异常复杂和繁琐的制备过程，为了得到复杂三明治结构的微纳米器件，技巧和耐心缺一不可，经常一周时间才能得到一个完全工作的器件。”
【 电子|浙大学者发现电子自旋操控的高速开关，可用开发自旋场效应晶体管】本次论文的作者盛峰，为此坚持了五年多，死抠每个细节只为获得高质量成果。郑毅也感慨称：“做科研的初心是探究未知，做科研的动力则是好奇心。热爱并坚持，才能走的更远！”
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