无机半导体具有丰富可调的功能特性，是构筑电子、能源与信息器件的核心材料。然而，这类材料在室温下通常表现为脆性，易发生断裂而导致灾难性失效。近年来，一些无机半导体材料被陆续发现具有类似金属的良好塑性，颠覆了其本征脆性的传统认知，为发展柔性与可变形电子器件等新兴技术提供了全新的材料支撑。但具有塑性的无机半导体目前材料种类仍较稀少，且其功能特性主要局限于电学、热学或传感，限制了其应用范围。
近日，中国科学院上海硅酸盐研究所张家伟研究员、仇鹏飞研究员、史迅研究员和陈立东研究员联合东南大学董帅教授和中国科学技术大学沈胜春教授发现了一种新型塑性铁磁半导体CrSiTe3晶体。相关成果以Ductile Inorganic Ferromagnetic Semiconductor为题发表在 Advanced Materials(2025，DOI: 10.1002/adma.202514083)。上海硅酸盐所博士毕业生骆俊与东南大学博士后陈军为论文共同第一作者，上海硅酸盐所张家伟研究员与史迅研究员、东南大学董帅教授为论文共同通讯作者。
传统的铁磁金属(如Fe、Co、Ni)具有良好的延展性/塑性和金属导电特性，而无机铁磁半导体兼具优秀的铁磁性和半导体特性，是发展自旋电子学器件的一种理想材料。但是由于目前无机铁磁半导体普遍表现为本征脆性，严重制约其可加工性及其在柔性器件中的应用潜力。
CrSiTe3是一种层状铁磁半导体材料。研究团队通过自熔剂法生长块体CrSiTe3单晶。力学性能测试表明，CrSiTe3块体单晶在室温下表现出良好的塑性，沿面内方向可承受高达12% 的拉伸应变与15% 的弯曲应变，沿面外方向可承受40% 的压缩应变，与已报道的典型塑性无机半导体材料相当。
为揭示其塑性变形机理，研究团队开展了第一性原理计算，发现CrSiTe3的优异塑性源于其Te-Te层间低的滑移能垒(47 mJ m-2)、高的解离能(418 mJ m-2)，使得层间容易滑移而不引发解离。化学键分析表明，在滑移过程中，层间Te-Te相互作用始终保持一定强度的化学键连接，使得材料难以解离。
磁性测量表明，无论是轧制还是弯曲处理后的样品，CrSiTe3的居里温度均稳定在34 K，饱和磁化强度和矫顽力也未发生显著变化。采用蒙特卡洛模拟发现，层间滑移导致形成AAC堆垛等亚稳态结构后，CrSiTe3铁磁性保持稳定，磁各向异性仍沿c轴方向且仅发生微小偏差，材料具有与原始ABC堆垛相近的居里温度(35±1 K)。上述结果说明材料的塑性变形对宏观铁磁性能影响甚微。
该研究拓展了塑性无机半导体材料的功能特性与应用范畴，首次在块体无机半导体中实现了塑性、半导体特性与本征铁磁有序的协同共存，为发展柔性自旋电子器件提供了全新的材料支撑。
相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队、中国科学院上海分院青年攀登计划、上海市科委等项目的支持。
图1 (A) 自旋场效应晶体管示意图；(B) 典型非磁/铁磁材料拉伸率-带隙对比图
图2 (A) 塑性变形后CrSiTe3块体的光学照片；(B-D) CrSiTe3的三点弯曲测试(B)、拉伸测试(C)和压缩测试(D)的工程应力-应变曲线
