a,b, Low-magnification TEM images of the cobalt-doped (a) and iron-doped (b) ZnO samples. c,d, High-resolution TEM image taken at the surface region for the cobalt-doped (c) and iron-doped (d) ZnO samples. e,f, Typical EDS results obtained from cobalt-doped (e) and iron-doped (f) ZnO sample. The cobalt and iron concentrations in the samples are approx5.6% and approx4%, respectively.
揭示半導體奈米線內稟鐵磁特性(intrinsic ferromagnetism)
內容改寫自科學網
香港中文大學的科學家首次揭示半導體奈米線的內稟鐵磁特性(intrinsic ferromagnetism)，為磁性半導體的發展邁出了重要一步。此項突破性的研究發現為半導體物理學及奈米技術的發展開闢嶄新領域，有望可大大提升計算器科技，以研製具備更快運算速度、更大儲存容量且更低耗能的計算器。這項研究已刊載於最新一期的網上版國際權威雜誌《自然—奈米技術》（Nature Nanotechnology）。
中大物理系李泉(Quan Li)副教授和電子工程學系許建斌教授所領導的研究小組證實，鈷摻雜氧化鋅奈米線具有內稟鐵磁特性(intrinsic ferromagnetism)，具微細磁鐵棒的功能。小組分析了兩種樣本的結構、光學和磁學性能，分別為鈷摻雜氧化鋅奈米線（由中大製備）和鐵摻雜氧化鋅奈米線（由德國Jena大學Carsten Ronning教授的研究小組製備）。研究小組隨後利用一種能區分內稟鐵磁和非鐵磁特性的奈米顯微學磁性表徵技術對兩組樣本進行單根奈米線的檢測。李泉(Quan Li)副教授說：“我們發現鈷摻雜樣品具備本征鐵磁性能，但是鐵摻雜樣品則沒有。”這項嶄新發現可歸功於中大研究人員創新地運用了兩種分析方法，即透射電子顯微術和電子磁圓二色性技術。
李泉(Quan Li)副教授表示：“磁性半導體奈米線的製備至今仍被視為基礎研究。但是從中長期發展來看，我們相信有關研究可以開啟自旋電子學通向實際應用之門。”自旋電子學(Spintronics)為半導體物理學的一個新領域。傳統的半導體電子學是基於電子的電荷傳輸，而自旋電子學則額外運用了電子的角動量—自旋。Ronning教授解釋：“這個動量可以驅使電子向兩個方向轉動而誘導磁矩。”
這項新發現帶來技術革新。一般的電子元件需要用上一萬到十萬個電子來完成單次的開關動作。而基於電子自旋的半導體開關元件則只需要一個電子來傳輸所需要的資訊。李泉(Quan Li)副教授說：“這意味著自旋電子半導體比一般電子元件的開關速度快得多，並且只需要極少的能量。”
許建斌教授表示：“目前為止，巨磁阻(GMR)的自旋電子效應已經廣泛應用于增加臺式和筆記本電腦的硬碟容量上，現已達到1,000GB的儲存容量。”2007年諾貝爾物理學獎的得主為兩位發現巨磁阻效應的科學家，進一步確定自旋電子學的重要性。諾貝爾物理學獎評委會更表示，這項發現是奈米技術領域的首次實際應用，相信奈米技術尚有極大的發展潛力。
拓展自旋電子學的前提，是必須製備具有內稟鐵磁特性(intrinsic ferromagnetism)的稀磁半導體。過去十年雖然開展了大量相關研究，但由於未曾發現一種能清楚證實本征鐵磁性的方法，因此進展緩慢；中大這項研究的成果相信必能大大促進奈米技術的發展。
李泉(Quan Li)副教授
許建斌教授（右）及其博士研究生王學鋒博士
李泉(Quan Li)副教授及其研究隊伍，其中張志華教授（後排左一）為此研究論文的第一作者
李泉(Quan Li)副教授為先進分析電子顯微學的知名學者，對奈米材料的應用素有研究。她曾任牛津大學和阿爾伯塔大學的訪問學者，現任中國湖北大學榮譽講座教授。李教授因在奈米結構研究領域的重要貢獻，在2006年度獲中大授予青年學者研究成就獎。
許建斌教授為奈米技術和電子材料領域的資深專家，積極參加各種專業活動，並曾擔任多個重要國際電子材料會議的主席。他是電機及電子工程師學會（IEEE）高級會員、香港材料研究學會秘書長和理事，以及香港科學會副主席和理事。（來源：香港中文大學）
Nature Nanotechnology論文原文
Nature Nanotechnology 4, 523 - 527 (2009)
Published online: 13 July 2009 | doi:10.1038/nnano.2009.181
Evidence of intrinsic ferromagnetism in individual dilute magnetic semiconducting nanostructures
Z. H. Zhang1,5, Xuefeng Wang2,6, J. B. Xu2, S. Muller3, C. Ronning4 & Quan Li1
1. Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong, Shatin, New Territory, Hong Kong SAR, China
2. Department of Electronic Engineering and Materials Science and Technology Research Center, The Chinese University of Hong Kong, Shatin, New Territory, Hong Kong SAR, China
3. Institute of Physics, University of Gottingen, Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Gottingen, Germany
4. Institute of Solid State Physics, University of Jena, Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena, Germany
5. Liaoning Key Materials Laboratory for Railway, DaLian JiaoTong University, DaLian, China
6. Department of Physics, Soochow University, Suzhou 215006, China
Correspondence to: Quan Li1 e-mail: liquan@phy.cuhk.edu.hk
李泉 博士，香港中文大學副教授。2001年于美國西北大學獲博士學位，主要研究方向是薄膜， 光電、能源類納米材料，先進電子顯微學。和先進分析電子顯微學的研究。在國際著名學術刊物發表SCI收錄論文80餘篇。現為JACS., Adv. Mater., Adv. Func. Mater., 和 Appl. Phys. Lett.等科技刊物的論文審稿人, 美國材料學會會員。
Dec. 2001 Ph.D. in Materials Science & Engineering
Northwestern University, Evanston , IL , USA .
Jul. 1997 B.Sc. in Chemistry
Beijing University , Beijing , China
Li Quan Research Group
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