具有物質(zhì)拓撲狀態(tài)的獨特電子自旋結(jié)構(gòu)，將大大改善新興的自旋軌道驅(qū)動的存儲器和邏輯技術(shù)。然而，在提高其性能、電柵可調(diào)性、來自瑣碎體態(tài)的干擾以及異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面有關(guān)方面仍存在挑戰(zhàn)。為了克服這些困難，我們將二維石墨烯與三維拓撲絕緣體(TI)集成在范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，以利用其卓越的自旋電子特性和工程學感應的自旋電荷轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。在這些異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，我們通過實驗證明了在室溫下可調(diào)節(jié)柵極的自旋電流效應(SGE)，可將非平衡自旋極化有效轉(zhuǎn)換為橫向電荷電流。通過自旋開關(guān)、自旋進動和磁化旋轉(zhuǎn)實驗對不同器件的SGE進行系統(tǒng)的測量，建立了自旋電荷轉(zhuǎn)換在Gr-TI異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的魯棒性。重要的是，使用柵極電壓，我們揭示了自旋電流信號的幅度和符號都具有很強的電場可調(diào)性。這些發(fā)現(xiàn)為利用TIs和異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的石墨烯，實現(xiàn)全電和門柵可調(diào)自旋軌道技術(shù)提供了一條有效途徑，可以提高自旋電子電路的性能并降低功耗。
Fig. 1 石墨烯-拓撲絕緣子異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的自旋電偶效應。
Fig. 2 石墨烯-拓撲絕緣子異質(zhì)結(jié)構(gòu)中自旋電偶效應的測量。
Fig. 3 室溫下自旋電流信號的柵控符號變化。
Fig. 4 FM軸沿y方向的Gr-TI異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的自旋電流效應。
相關(guān)研究成果于2020年由瑞典查爾默斯理工大學j P. Dash課題組，發(fā)表在Nature Communications (https://doi.org/10.1038/s41467-020-17481-1)上。原文：Gate-tunable spin-galvanic effect in graphene-topological insulator van der Waals heterostructures at room temperature。
摘自《石墨烯雜志》公眾號：
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