众所周知，微电子学是基于电子的电荷输运规律发展起来的，而电子除了具有电荷特性外还具有自旋特性，利用电子的自旋特性进行信息的存储、传递与处理的研究已形成了一门新兴的学科---自旋电子学。自旋电子器件相比于微电子器件，具有存储密度高、能耗低、响应快等多种优点，但要获得高效的自旋电子器件，一些关键的科学问题还有待解决，如自旋电流注入、长程自旋电流传输以及载流子自旋极化的控制等。通过设计和发现新材料是解决这些挑战性问题的一个重要前沿研究方向。
　　中国科学技术大学合肥微尺度物质国家实验室杨金龙教授领导的研究小组最近提出了一种新概念的自旋电子器件材料---双极磁性半导体(Bipolar Magnetic Semiconductors，BMS)。这种材料的独特之处在于其导带边与价带边在费米能级附近具有相反的自旋极化能带（如图所示）。因此，通过调控材料费米能级的位置进入导带或者价带，该材料可以转变为完全自旋极化的半极金属(Half-metal)，可以提供不同极化方向的自旋载流子。由于BMS材料中载流子的自旋极化方向取决于费米能级的移动方向，而这种移动可方便地通过调控门电压方法进行，因而有望实现基于BMS的电场调控自旋电子器件，如自旋电子开关、自旋整流器和场效应器件等。通过第一性原理电子结构计算，他们发现半氢化的碳纳米管材料是一个理想的准一维BMS材料。电子输运计算表明基于半氢化碳纳米管所构建的分子器件具有完美的自旋过滤效应，其载流子自旋极化方向可以通过电场实现调控。
　　这一研究突破了传统的用磁场调控电子自旋的模式，为发展新型电场调控的自旋电子器件提供了一种全新的思路。该工作最近在线发表在英国皇家化学学会主办的《Nanoscale》上。近年来，杨金龙教授研究组一直致力于新型自旋电子器件材料的理论设计研究，在JACS，APL，JCP，JPC等杂志上发表十余篇论文，受到国内外同行的广泛关注。研究工作得到了科技部量子调控重大研究计划，国家自然科学基金委创新团队和中科院方向性项目的支持。

参考文献： Xingxing Li, Xiaojun Wu, Zhenyu Li, Jinlong Yang* and J. G. Hou, Bipolar magnetic semiconductors: a new class of spintronics materials, Nanoscale, 2012, DOI: 10.1039/C2NR31743E