内蒙古大学宫箭、宋顺、中国科学院半导体研究所杨身园等InfoMat：基于石墨烯/二硫化钼平面异质结的自旋敏感多功能器件

二维材料因其原子级厚度及独特的电子、磁学与光学性质，在新型纳米器件设计中受到广泛关注。其中，二维异质结通过整合不同二维材料的互补优势，在下一代电子器件中展现出重要潜力。根据界面构型的不同，二维异质结主要可分为两种类型：一是范德瓦尔斯异质结，其层间通过弱范德瓦尔斯力结合，不涉及共价键或金属键形成，此类异质结在光电子学与光伏器件中应用广泛，但其层间范德瓦尔斯间隙会引入载流子隧穿势垒，不利于接触性能的提升；二是平面异质结，其组成材料通过共价键相连，可有效降低二维半导体与二维金属之间的接触电阻，为高性能器件设计提供了新途径。

近日，内蒙古大学物理科学与技术学院宫箭教授、宋顺副研究员、中国科学院半导体研究所半导体芯片物理与技术全国重点实验室杨身园副研究员等，在国际权威期刊InfoMat（IF: 22.3）发表题为“Spin-sensitive multifunctional devices based on lateral graphene/MoS₂ heterostructures”的研究成果。研究揭示了石墨烯/二硫化钼平面异质结的磁多功能特性，为基于二维平面异质结的高性能、多功能器件设计与性能调控提供了理论依据。内蒙古大学物理科学与技术学院为第一完成单位，2023级博士生秦璐为共同第一作者。

研究团队基于第一性原理计算与量子输运模拟，系统设计了以石墨烯/二硫化钼平面异质结为基础的多功能器件，包括整流器、自旋滤波器和光电探测器。系统研究了掺杂、偏压、栅极电压和界面结构对器件性能的影响。结果表明，尽管石墨烯和二硫化钼均为非磁性材料，但在石墨烯与二硫化钼的硫边缘接触（C-S）及钼边缘接触（C-Mo）两种平面异质结中均发现磁耦合现象。自旋极化效应会降低石墨烯/二硫化钼整流器的整流比，但通过对二硫化钼进行n型掺杂，可将C-S器件的整流比提升至10⁵，同时使其电流增强一个数量级。C-Mo器件则表现出优异的自旋滤波特性，在偏压与栅压调控下自旋电流极化比接近100%。在光电探测方面，两种异质结在红外、可见及紫外光区均呈现显著的光电流响应，在合适的偏压与栅压调控下，器件最大光电流达13 μA/mm²。研究成果证明了基于二维石墨烯/二硫化钼平面异质结设计和优化整流器、自旋滤波器及光电子器件的可能性，并为开发基于二维平面异质结的高性能多功能器件提供了理论指导。

论文信息

Spin-sensitive multifunctional devices based on lateral graphene/MoS₂ heterostructures

Shun Song*, Lu Qin, Juan Lyu, Zhi Wang, Jian Gong*, Shenyuan Yang*

DOI：10.1002/inf2.70111

Citation: InfoMat, 2026, e70111