证明了拓扑顶层石墨烯中的自旋电流效应

瑞典查尔莫斯理工大学的研究人员已经证明了自旋电流效应，它可以将非平衡自旋密度转化为充电电流。在这里，作者将石墨烯与拓扑绝缘体相结合，实现了室温下栅极可调的自旋电流效应。研究结果发表在科学杂志《自然通讯》上。

量子器件物理实验室研究团队负责人萨罗伊普拉萨德达什(Saroj Prasad Dash)副教授表示：“我们相信，这一实验实现将吸引大量科学关注，并将拓扑绝缘体和石墨烯放在自旋电子学和量子技术应用的地图上。”(QDP)，微技术和纳米科学系-MC2。

石墨烯是单层碳原子，具有非凡的电子和自旋传输特性。然而，这种材料中的电子在自旋和轨道角动量之间经历低相互作用，这被称为自旋-轨道耦合，这不允许在原始石墨烯中实现可调谐的自旋-电子功能。另一方面，拓扑绝缘体中电子自旋织构和自旋动量锁定的独特现象对于新兴的自旋轨道驱动自旋电子学和量子技术是有希望的。然而，拓扑绝缘体的使用带来了一些挑战，这些挑战与它们缺乏开关可调性、来自琐碎状态的干扰以及异构结构接口拓扑特性的破坏有关。

Dmitrii Khokhriakov博士说：“在这里，我们通过在范德瓦尔斯异质结构中集成二维石墨烯和三维拓扑绝缘体来解决其中的一些挑战，以便利用其显著的自旋电子特性，并在室温下设计近感应自旋电流效应。”QDP学生，文章的第一作者。

由于石墨烯是原子级的薄，当其他 . 功能材料与之接触时，其性质会发生很大的变化，这就是所谓的邻近效应。因此，基于石墨烯的异质结构是一个令人兴奋的器件概念，因为它们与其他功能材料杂交产生的邻近效应具有很强的栅极可调谐性。此前，范德瓦尔斯异质结构中石墨烯和拓扑绝缘体的结合表明，它可以诱导强邻近诱导自旋轨道耦合，这有望在石墨烯带中产生拉什巴自旋分裂。因此，预计靠近的石墨烯会产生自旋电流效应，其幅度和符号具有预期的栅极可调性。然而，这种现象以前在这些异质结构中没有观察到。

“为了实现这种自旋电流效应，我们开发了一种特殊的霍尔棒石墨烯拓扑绝缘体异质结构器件，”Dmitrii Khokhriakov说。

这些设备是在MC2最先进的洁净室纳米制造的，并在量子设备物理实验室进行测量。新的设备概念使研究人员能够通过自旋开关和汉勒自旋进动实验在各种配置下进行互补测量，为室温下的自旋电流效应提供了明确的证据。

“此外，我们可以证明栅极电场具有很强的可调性和自旋电流的符号变化效应，这使得这种异质结构有望实现全电和栅极可调的自旋电子器件，”Saroj Prasad Dash总结道。