Ting-Chun Huang, Yu-Xin Chen, Chun-Yi Lin, Chi-Feng Pai, Chiashian Chuang,
Ya-Ping Hsieh, and Mario Hofmann
ACS Appl. Mater. Interfaces 2025, 17, 48, 65967–65975

中央研究院 原子與分子研究所 謝雅萍研究員
國立臺灣大學 物理系 謝馬利歐教授

二維材料 MoS₂ 的能帶結構與鐵磁材料中的「少數自旋」通道高度匹配，因此被視為最有潛力的自旋濾波器，期望能提升自旋極化並增強磁阻訊號，使磁性隧穿元件具備更高效率與靈敏度，然而，實驗結果卻長期與理論不符─穿隧磁阻變化率（Tunnel Magnetoresistance，TMR）遠低於預期。第一原理計算顯示，當 MoS₂ 與鐵磁電極直接接觸時，界面軌域會產生混成，使原本的半導體層局部金屬化，原本應阻擋多數自旋穿越的「隧道屏障」因而失效。  

為釐清關鍵原因，臺大物理系與中研院原分所合作團隊利用最新開發的不間斷接觸製程(Uninterrupted Contact Deposition, UCD)，成功製作出超純淨界面，首次在 Co/MoS₂/Co 元件中直接觀察並量測這一金屬化效應，證實它正是 TMR 長期偏低的主因。如何實現MoS₂作為自旋過濾器？研究團隊進一步引入多層 MoS₂作為元件的中間層，來確保內層MoS₂保持半導體本質，結果顯示自旋過濾能力大幅回升，TMR 最高可達 −170.6%，創下二維材料磁性隧穿接面紀錄，並可運作至 400 K，溫度分析更顯示此元件有兩種傳輸機制共同參與，低溫時以自旋穿隧為主，高溫則由缺陷輔助傳輸接手，使裝置跨越溫度的障礙繼續工作。這項成果證明了，隨著純淨界面的製備，二維材料在 MRAM、量子邏輯與感測元件上的應用潛力正逐漸被實現。