أشباه الموصلات عديمة فجوة الدوران

أشباه الموصلات عديمة فجوة الدوران هي فئة من المواد التي لا تحتوي فيها بنية النطاق الإلكتروني المتوسطة للدوران على فجوة نطاق ، بينما تكون قناتا الدوران غير متماثلتين. يمكن تحقيق هذا التباين بطرق مختلفة. على سبيل المثال، قد تُظهر إحدى قناتي الدوران تشتتًا من نوع ديراك عديم الفجوة ، بينما تمتلك الأخرى فجوة نطاق محدودة. ^{[ 1 ]} بالإضافة إلى أشباه الموصلات عديمة فجوة الدوران من نوع ديراك أو الخطية، تُعد أشباه الموصلات عديمة فجوة الدوران المكافئة الفئة الرئيسية الأخرى من أشباه الموصلات عديمة فجوة الدوران. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

في أشباه الموصلات عديمة فجوة الدوران، تتلامس حواف نطاقي التوصيل والتكافؤ ، بحيث لا يلزم وجود طاقة عتبة لنقل الإلكترونات من حالات التكافؤ المشغولة إلى حالات التوصيل الفارغة. وهذا يجعل بنية نطاقات أشباه الموصلات عديمة فجوة الدوران شديدة الحساسية للتأثيرات الخارجية (مثل الضغط أو المجال المغناطيسي). ^{[ 4 ]}

نظراً لأن الطاقة اللازمة لإثارة الإلكترونات في أشباه الموصلات شبه الموصلة ضئيلة للغاية، فإن تركيزات الشحنة قابلة للتعديل بسهولة بالغة عن طريق التطعيم أو تطبيق مجال مغناطيسي أو كهربائي ( البوابة ). وتكون حركة الإلكترونات في هذه المواد أعلى بمقدار يتراوح بين رتبتين إلى أربع رتب من حيث الحجم مقارنةً بأشباه الموصلات التقليدية. ^{[ 5 ]}

تم اكتشاف نوع جديد من أشباه الموصلات ذات فجوة الدوران الخطية عديمة الفجوة (SGS) في عام 2017، يُعرف باسم أشباه الموصلات الخطية عديمة فجوة الدوران من نوع ديراك، ويتميز بتشتت خطي، ويُعتبر منصة مثالية للإلكترونيات الدورانية عديمة الكتلة والتبديد ، وذلك لأن اقتران الدوران المداري يفتح فجوة لنطاقي التوصيل والتكافؤ المستقطبين دورانيًا بشكل كامل، ونتيجة لذلك، يصبح باطن العينة عازلًا، ومع ذلك، يمكن للتيار الكهربائي أن يتدفق دون مقاومة عند حافة العينة. هذا التأثير، المعروف بتأثير هول الكمي الشاذ، لم يُلاحظ سابقًا إلا في العوازل الطوبولوجية المشوبة مغناطيسيًا. ^{[ 4 ]}

إن تقارب الطوبولوجيا والمغناطيسية المعروف باسم مغناطيسية تشيرن يجعل المواد ذات البنية البلورية الفائقة (SGSs) مواد مرشحة مثالية لتحقيق تأثير هول الكمي الشاذ (QAHE) عند درجة حرارة الغرفة. ^{[ 6 ]}

تُعتبر SGSs غير تافهة من الناحية الطوبولوجية . ^{[ 2 ]}

طُرح مفهوم أشباه الموصلات عديمة فجوة الطاقة الدورانية لأول مرة كمفهوم جديد في مجال الإلكترونيات الدورانية وفئة جديدة من المواد المرشحة في هذا المجال عام 2008، وذلك في ورقة بحثية نشرها شياولين وانغ من جامعة ولونغونغ في أستراليا. ^{[ 1 ] [ 7 ] [ 8 ]}

يؤدي اعتماد فجوة النطاق على اتجاه الدوران إلى استقطاب دوران حامل الشحنة العالي، ويوفر خصائص إلكترونية ومغناطيسية واعدة يتم التحكم فيها بالدوران لتطبيقات الإلكترونيات الدورانية. ^{[ 9 ]}

يُعدّ شبه الموصل عديم فجوة الدوران مادة مرشحة واعدة للإلكترونيات الدورانية، لأن جسيماته المشحونة يمكن استقطابها دورانيًا بشكل كامل، بحيث يمكن التحكم في الدوران عبر طاقة خارجية صغيرة فقط. ^{[ 4 ]}