在國家基金委和中科院創新工程的支持下，半導體所常凱研究員和博士生朱家驥，與美國斯坦福大學物理系張首晟教授合作從理論上研究了BiSe 等材料表面磁性全電控制的可能性。

通過控制載流子濃度以控制材料磁性是半導體自旋電子學領域的一個重要研究方向。這種控制方案已經在稀磁半導體GaMnAs中得以實現。但是當費米能級處于普通的半導體材料的能隙中時，半導體處于絕緣狀態，因此以電子或空穴為媒介引致的磁離子之間的自旋關聯消失，體系的鐵磁性隨之消失。最近發現的新型的拓撲絕緣體材料展現出反轉的能帶結構和較窄的帶隙（0.4eV左右)，且具有奇特的新特性: 它的體內是絕緣的，但是表面表現出金屬特性。這類材料輸運和磁光特性的研究工作正成為國際前沿研究領域的熱點之一。

這種類金屬的電子表面態具有令人驚奇的自旋極化和手征特性，且由于時間反演對稱性的保護，而不容易受到雜質散射的破壞。如何利用電場來控制表面的磁性引起人們極大的研究興趣。半導體所常凱研究員和博士生朱家驥，與美國斯坦福大學物理系張首晟教授合作從理論上研究了BiSe 等材料表面磁性全電控制的可能性。由于表面態電子具有手征特性，導致磁離子之間扭曲的RKKY相互作用。這種RKKY相互作用由海森堡項，DM項和伊辛項構成。通過改變柵壓，可以改變各項的相對權重，從而控制磁離子之間的自旋關聯的形式，形成不同的磁相。該文的結果為實現人工控制的強關聯系統提供了理論基礎。文章發表在Phys. Rev. Lett. 106, 097201(2011)。