具有自旋軌道耦合的拋物線型和Dirac型SGS材料的能帶結構導致量子異常霍爾效應。
臥龍崗大學的一個團隊發表了對自旋無間隙半導體（SGS）的廣泛綜述。
自旋無間隙半導體（SGS）是一類新型的零間隙材料，具有完全自旋的極化電子和空穴。
該研究加強了對材料的搜索，這些材料將允許使用超快速，超低能量的「自旋電子」電子產品，而不會浪費任何導電能量。
它們對SGS材料的定義特性是其「帶隙」，即材料的化合價和導帶之間的間隙，它定義了它們的電子特性。
通常，一個自旋通道（即，自旋方向之一，向上或向下）是具有有限帶隙的半導體，而另一個自旋通道具有閉合（零）帶隙。
在無自旋間隙半導體（SGS）中，導帶和價帶邊緣在一個自旋通道中接觸，並且不需要閾值能量就能將電子從佔據（價）態移動到空（導通）態。
這賦予了這些材料獨特的性能：它們的能帶結構對外部影響（例如壓力或磁場）極為敏感。
大多數SGS材料都是具有高居裡溫度的鐵磁材料。
SGS的能帶結構可以有兩種類型的能量-動量色散：狄拉克（線性）色散或拋物線色散。
新的評論調查了Dirac和不同材料系統中的拋物線SGS的三種亞型。
對於狄拉克型SGS，其電子遷移率比經典半導體高2至4個數量級。激發SGS中的電子幾乎不需要能量，並且電荷濃度很容易調節。例如，這可以通過引入新元素（摻雜）或通過施加磁場或電場（門控）來完成。
Dirac型自旋無間隙半導體具有完全自旋極化的Dirac錐，並通過量子異常霍爾效應驅動的無耗散邊緣狀態，為自旋電子學和低能耗電子學提供了一個平臺。
「概述了SGS在下一代自旋電子器件中的潛在應用，以及低電子器件和高速，低能耗的光電器件。」 UoW超導與電子材料研究所所長，FLEET的主題負責人王小林教授說。
自2008年王小林教授首次提出無自旋間隙半導體（SGS）以來，全球範圍內尋找合適的候選材料的努力尤其集中在Dirac型SGS上。
在過去的十年中，通過密度泛函理論預測了許多Dirac或拋物線型SGS，並且已經在單層和塊狀材料中通過實驗證明了一些拋物線型SGS。
評價
該評論論文「無間隙隙半導體」於2020年6月發表在《小》雜誌上。
作者感謝澳大利亞研究委員會通過卓越中心計劃提供的資金支持，並感謝Tania Silver的貢獻。
在固態能帶理論中，自然界中的材料根據其電子能帶結構可分為金屬，絕緣體或半導體。
價帶包含材料的最高能量電子。只是在導電帶的「上方」（即，更有能量），它是空電子狀態的最低帶。
在金屬中，導電電子位於導帶中，因此電子（即電流）可以很容易地在金屬中流動。在絕緣體中，兩個能帶被大間隙隔開，因此電子無法流動。在半導體（例如構成傳統集成電路和電晶體基礎的矽）中，能帶之間的間隔較小，因此，使用較小的閾值能量可以將電子提升到導帶中。實質上，這就是矽電晶體「切換」的方式。