近日，吉林大学物理学院物质模拟方法与软件教育部重点实验室赵宏健和付钰豪等人在半导体非互易电荷输运理论方面取得进展，相关成果以“General Theory for Longitudinal Nonreciprocal Charge Transport”发表于Phys. Rev. Lett. [133, 096802 (2024)]。

制造半导体信息器件的重要物理基础是电荷的非互易输运，即电流沿正反方向流动时存在电阻差异。在传统半导体中，实现电流非互易输运的途径是通过电子和空穴掺杂，构筑半导体pn结。近期研究表明，非互易电荷输运亦存在于晶体材料中，是材料的本征属性（无需pn结）。建立非互易电荷输运的通用理论，将有助于发现在室温下具有非互易输运特性的晶体材料，为设计新型本征（非pn结）二极管信息器件提供契机。

研究团队基于对称性分析、第一性原理计算和玻尔兹曼输运计算，建立了用于描述晶体材料电荷非互易输运现象的唯象理论。研究发现，非互易电荷输运可自发产生于42种磁点群中；此外，20种磁点群可承载由外磁场诱导的非互易电荷输运。基于第一性原理计算，研究团队预测ε-Fe₂O₃是室温下具有非互异电荷输运特性的潜在半导体材料。

图: 理论预测存在纵向非互易电荷输运的磁点群（MPGs）

吉林大学物理学院赵宏健教授为本文第一作者，美国阿肯色大学Laurent Bellaiche教授为本文合作者；通讯作者为哈尔滨工业大学陶玲玲教授、吉林大学付钰豪副教授和马琰铭院士。本工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和小米青年学者等项目的大力支持。

全文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.096802