研究人员发现半导体中不需要的电子噪声的潜在应用

随机电报噪声 (RTN) 是一种不需要的电子噪声，长期以来一直是电子系统中的一大麻烦，会导致信号处理中的波动和错误。然而，韩国基础科学研究所 (IBS) 综合纳米结构物理中心的一组研究人员取得了一项有趣的突破，有可能利用半导体的这些波动。由 LEE Young Hee 教授领导的团队报告称，通过在二硒化钨(V-WSe2)中引入钒作为微小磁性掺杂剂，可以在 vdW 层状半导体中产生磁涨落及其巨大的 RTN 信号。

横向器件中的高接触电阻通常会限制固有量子态的表现，并进一步降低器件的性能。为了克服这些限制，研究人员通过在顶部和底部石墨烯电极之间夹入几层 V-WSe 2(一种磁性材料)来引入垂直磁隧道结器件。该器件能够表现出磁涨落等固有量子态，并实现高振幅 RTN 信号，即使钒掺杂浓度仅为约 0.2%。

该研究的第一作者 Lan-Anh T. NGUYEN 博士表示：“成功的关键是通过构建低接触电阻的垂直磁隧道结器件来实现大的磁电阻波动。”

通过使用这些设备进行电阻测量实验，研究人员观察到 RTN 在明确定义的两个稳定状态之间的振幅高达 80%。在双稳态下，通过磁域之间的层内和层间耦合之间的竞争，电阻的磁波动随温度变化而变化。他们能够通过 RTN 直方图中的离散高斯峰识别这种双稳态磁态，并在噪声功率谱中具有独特的特征。

最重要的是，研究人员发现只需改变电压极性即可切换 RTN 的双稳态磁状态和截止频率。这一令人兴奋的发现为 1/f 2噪声光谱在磁性半导体中的应用铺平了道路，并在自旋电子学中提供了磁开关能力。

“这是从磁性半导体的大电阻波动中观察双稳态磁态的第一步，并通过自旋电子学中的简单电压极性提供具有 1/f 2噪声的磁开关能力”，Lee 教授解释道。

这项工作是通过与淑明女子大学的 JOO Min-Kyu 和哈佛大学的 KIM Philip 合作进行跨学科研究完成的。

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