【仪表网 研发快讯】自旋电子器件凭借低功耗、非易失性、超快读写等优势，已成为新一代信息技术的重要发展方向之一。 单晶氧化物自旋霍尔材料因其突出的电荷-自旋转换能力，被认为是开发低功耗自旋器件的理想候选材料。然而，如何实现单晶氧化物自旋霍尔材料与硅基平台的异质集成，仍然面临着巨大挑战。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所柔性磁电材料与器件团队针对上述问题开展研究，提出了“混合转移外延” 集成策略。研究实现了在硅衬底上单晶氧化物自旋电子器件的异质集成，为高性能硅基自旋电子器件及神经形态计算技术发展提供了重要技术路径。
研究团队发展出一种剥离转移技术与外延生长结合的方法，成功实现氧化物自旋霍尔材料的硅集成。通过该方法，在硅衬底上成功制备出单晶SrRuO3薄膜，并构建了自旋轨道矩(SOT)器件。器件测试结果表明，该SOT器件表现出较高的自旋霍尔电导率 (6.1×104 ħ/2e S•m-1)和较低的临界电流密度(1.3×1010 A m-2)。器件的多态磁化翻转特性被验证可用于模拟生物突触和神经元功能。基于该器件构建的人工神经网络在图像识别任务中的识别准确率达到88%。该研究为硅基氧化物电子学发展提供了一种新的集成方法。“混合转移外延”策略有望推广至更多氧化物材料体系和器件，推动高性能硅基自旋电子器件的研发，并在低功耗电子信息和神经形态计算等领域具有潜在应用价值。
研究成果以“Heterogeneous Integration of Single-Crystal SrRuO3 Films with Large Spin Hall Conductivity on Silicon for Spintronic Devices”为题发表在Advanced Functional Materials(https://doi.org/10.1002/adfm.202500755)。宁波材料所芦增星助理研究员为第一作者，宁波材料所李润伟研究员和汪志明研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划(2024YFA1410200、2019YFA0307800)、国家自然科学基金(12174406、11874367、U24A6001、 52127803、52422112)、中国科学院基础研究青年团队项目(YSBR-109)、宁波市科技创新2025重大专项(2022Z094)和宁波市青年博士创新项目(2023J411)的支持。
图 基于氧化物SRO薄膜的低功耗SOT器件的硅集成
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