近期，吉林大学物理学院计算方法与软件国际中心马琰铭教授研究团队在“反铁磁半导体自旋Zeeman效应”研究中取得进展，发现电场可在中心对称的反铁磁半导体中诱发出显著的电子自旋Zeeman劈裂，有望为反铁磁材料的自旋电子学应用提供新思路。相关研究成果以“Zeeman Effect in Centrosymmetric Antiferromagnetic Semiconductors Controlled by an Electric Field”为题，于2022年10月24日在线发表于《物理评论快报》。
在半导体材料中，通过电场或磁场调控电子自旋对于设计和制造半导体自旋电子学器件至关重要。传统的铁磁或铁电半导体分别具有自发磁化和自发极化，是实现磁场或电场调控电子自旋的理想材料。其中，磁场和电场分别通过Zeeman效应和Rashba-Dresselhaus效应实现对电子自旋的调控。与之相反，中心对称反铁磁体不具备自发磁化和自发极化，从而磁场或电场难以显著调控这类材料的电子自旋物态。尽管中心对称反铁磁体在自然界中非常丰富，这类材料在自旋电子学领域的应用前景明显受限。
研究团队提出了一种在中心对称反铁磁体中调控电子自旋的方案，即通过电场诱发电子自旋Zeeman效应。通过对称性分析，研究团队发现电场通过破缺空间反演，可在中心对称反铁磁体中诱发自旋Zeeman效应，这些反铁磁体可归属于21种磁点群中。第一性原理计算表明，Fe2TeO6和SrFe2S2O反铁磁半导体是实现上述电场诱发自旋塞曼效应的理想体系。其中，6MV/cm的外电场可在Fe2TeO6和SrFe2S2O中诱发高达55和30meV的电子自旋Zeeman劈裂。同时，电子自旋磁矩可被外电场翻转。
吉林大学物理学院计算方法与软件国际中心赵宏健教授为本文第一作者，王彦超教授和马琰铭教授为本文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金和吉林大学科学技术创新研究团队等项目的资助，相关计算在吉林大学高性能计算中心完成。
谨以此文献给吉林大学物理学科七十华诞！
论文全文链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.187602
