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石墨烯异质结构中的高效电荷自旋互变
出处:携手健康网  录入日期:2020-05-20  点击数:133

  KAIST的物理学家描述了一种使用非磁性二维材料设计自发电流的节能生成,操纵和检测的途径。由Sungjae Cho教授领导的研究小组通过石墨烯异质结构中的门可调Rashba-Edelstein效应(REE)观察到了高效的电荷自旋互变。


  这项研究为将石墨烯作为一种有效的自旋电子学组件在没有铁磁电极或磁场的情况下产生,控制和检测自旋电流铺平了道路。
  石墨烯由于其长的自旋扩散长度而成为有前途的自旋电子学组分。但是,由于石墨烯不能用于生成,控制或检测自旋电流,因此其小的自旋轨道耦合限制了石墨烯在自旋电子学应用中的潜力。
  “我们通过将石墨烯堆叠在2H-TaS 2顶部成功地增强了石墨烯的自旋轨道耦合,2H-TaS 2是具有最大自旋轨道耦合的过渡金属二卤化物材料之一。石墨烯现在可用于生成,控制和检测自旋电流,”赵教授说。
  Rashba-Edelstein效应是一种物理机制,可通过由Rashba效应引起的自旋相关能带结构实现电荷电流到自旋电流的相互转换,这是低维凝聚态系统中自旋能带的动量相关分裂。
  Cho教授的小组首次在多层石墨烯中演示了门可调Rashba-Edelstein效应。Rahsba-Edelstein效应使石墨烯的二维传导电子被施加的电荷电流磁化并形成自旋电流。此外,随着通过栅极电压调整的石墨烯费米能级从价态移动到导带,石墨烯产生的自旋电流反转了其自旋方向。
  这种自旋反转在利用自旋的低功耗晶体管设计中很有用,因为它提供了带有自旋空穴(或自旋电子)的载流子“导通”状态和处于截止状态的纯净自旋极化为零的“截止”状态。称为“电荷中性点”,其中电子和空穴的数量相等。
  “我们的工作是对金属TMD(过渡金属二卤化钨)和石墨烯异质结构中电荷-自旋互变的第一个演示,其石墨烯异质结构受栅极控制,具有自旋极化态。我们期望全电自旋开关效应和通过施加栅极电压来逆转非平衡自旋极化,可适用于使用非磁性范德华力材料高效节能地产生和操纵自旋电流,” Cho教授解释说。

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