在中國，提到半導體特別是寬禁帶半導體材料和器件研究，有一個地方必然會凝聚大家的目光，這就是
西安電子科技大學寬禁帶半導體材料與器件教育部重點實驗室。近日，西電該實驗室的馬海蛟副教授在國際頂級物理期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters, PRL)上發表了"Non-Ohmic Variable-Range Hopping and Resistive Switching in SrTiO3 Domain Walls"（鈦酸鍶疇壁中的非歐姆可變程躍遷和憶阻行為）研究論文。馬海蛟副教授為該論文第一作者和通訊作者，西安電子科技大學微電子學院為第一完成單位。PRL是美國物理學會旗艦期刊，是物理學領域最具影響力和高曝光度的綜合性期刊，其論文接收標準主要為開創新方向，解決重要難題，發展新方法，並引發廣泛興趣。
鈦酸鍶是一種非常重要的功能氧化物材料，是物理、材料、介電等多個領域的研究熱點。鈦酸鍶在室溫下是立方結構，在低溫下會發生相變成為四方結構，並形成鐵彈性/鐵電疇壁。研究發現，在絕緣的鈦酸鍶中自發形成的疇壁具有導電性和極化。此前馬海蛟博士對鈦酸鍶疇壁進行了深入的研究，通過電學方法對其進行成像並通過外電場調控（PRL,2016）。此次論文研究主要針對學界長期以來對鐵電/鐵彈性疇壁特別是鈦酸鍶疇壁的導電機制是Shklovskii hopping或Mott hopping存在的爭議問題，馬海蛟副教授和英國詹姆斯·斯科特教授合作，從實驗上揭示了鈦酸鍶疇壁導電機理為Shklovskii Variable-Range Hopping with a Coulomb gap。研究工作解決了該爭議併為疇壁工程學、疇壁電子器件及疇壁憶阻器件研究奠定了基礎（PRL,2020）。同時，研究發現在鈦酸鍶中存在[1-11]疇，證實了核磁共振NMR發現的鈦酸鍶在低溫的三斜晶體結構。這些三斜疇來自於最大尺度20pm的在[111]方向上的Sr離子無序。這個發現對現存的低溫鈦酸鍶超導機制是基於在105K發生的反鐵電四方畸變的理論提出了挑戰。該研究得到了國家自然科學基金的資助。
(a,b)疇壁導電測試方案示意圖；(c,d)能帶結構示意圖；(e,f)鈦酸鍶疇壁
鈦酸鍶疇壁電流電壓特徵曲線及憶阻行為
鈦酸鍶疇壁Shklovskii可變程躍遷導電機制；(b)負微分電導(Negative Differential Conductance)
在多年的發展過程中，西安電子科技大學寬禁帶半導體材料與器件教育部重點實驗室取得了眾多成果：2項國家科技進步獎二等獎，4項陝西省科學技術一等獎，1項國家級教學成果獎二等獎，1項陝西省教學成果獎特等獎，430餘篇SCI和EI論文和近300項授權發明專利……一條擁有若干項自主關鍵技術、最高潔淨度達百級的寬禁帶半導體超淨工藝研發線建成，成為學校的一張"科研名片"。
未來，西安電子科技大學寬禁帶半導體材料與器件教育部重點實驗室將繼續為更低能耗、更優性能的半導體材料奮鬥，建立更大的科研平臺、吸引更多的優秀人才、製造更優質的半導體器件，或許有一天，會叩響未來更新半導體材料時代的大門。
延伸閱讀：
馬海蛟，碩士生導師。2011年本科畢業於蘭州大學物理學院，2015年獲新加坡國立大學凝聚態物理博士學位。2016年獲得新加坡材料學會頒發的最優秀博士論文金獎。2016-2018年在德國圖賓根大學從事博士後研究，獲"洪堡學者"榮譽稱號。2018年入職西安電子科技大學微電子學院。主要研究方向為低維量子物理與器件，包括自旋電子學器件，新型信息器件與芯片，拓撲量子態調控與製備。在Physical Review Letters, Physical Review Materials, Physical Review B等國際著名期刊以第一作者和/或通訊作者論文9篇。主持國家自然科學基金青年項目1項。
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素材來源：西安電子科技大學新聞網、西電官微
