Meget effektiv charge-to-spin interkonvertering i grafen heterostrukturer

KAIST-fysikere beskrev en rute til at designe den energieffektive generation, manipulation og påvisning af spinstrømme ved hjælp af ikke-magnetiske todimensionale materialer. Forskergruppen, ledet af professor Sungjae Cho, observeret meget effektiv ladning-til-spin-interkonvertering via den gate-tunable Rashba-Edelstein-effekt (REE) i grafen heterostrukturer.

Denne forskning baner vejen for anvendelsen af ​​grafen som en aktiv spintronic -komponent til at generere, kontrollerende, og detektering af spinstrøm uden ferromagnetiske elektroder eller magnetfelter.

Graphene er en lovende spintronic -komponent på grund af sin lange centrifugeringslængde. Imidlertid, dens lille spin-orbit-kobling begrænser grafens potentiale i spintronic-applikationer, da grafen ikke kan bruges til at generere, styring, eller registrer centrifugeringsstrøm.

"Vi har med succes øget spin-orbit-koblingen af ​​grafen ved at stable grafen oven på 2H-TaS ₂ , som er et af overgangsmetalldichalcogenidmaterialerne med den største spin-orbit-kobling. Nu kan grafen bruges til at generere, styring, og detektere spin -strøm, "Sagde professor Cho.

Rashba-Edelstein-effekten er en fysisk mekanisme, der muliggør opladning af strøm-til-spin-strømkonvertering af spin-afhængig båndstruktur forårsaget af Rashba-effekten, en momentumafhængig opdeling af spinbånd i lavdimensionelle kondenserede materiesystemer.

Professor Cho's gruppe demonstrerede for første gang den gate-tunable Rashba-Edelstein-effekt i en flerlags grafen. Rahsba-Edelstein-effekten tillader de todimensionale ledningselektroner af grafen at blive magnetiseret af en påført ladestrøm og danne en spin-strøm. Desuden, som Fermi -niveauet af grafen, indstillet af portspænding, bevæger sig fra valens til ledningsbånd, centrifugeringsstrømmen genereret af grafen vendte dens spinretning.

Denne spin-vending er nyttig ved design af lavforbrugstransistorer, der anvender spins, idet den giver bæreren 'on' -tilstand med spin up-huller (eller spin-down-elektroner) og 'off' -tilstanden med nul spin-polarisering ved så kaldet 'ladningsneutralitetspunkt', hvor antallet af elektroner og huller er ens.

"Vores arbejde er den første demonstration af ladning-til-spin-interkonvertering i et metallisk TMD (overgangsmetal-dichalcogenid) og grafen-heterostruktur med en spinpolarisationstilstand, der styres af en port. Vi forventer, at den helelektriske spin-switch-effekt og reversering af ikke-ligevægtspinpolarisering ved anvendelse af portspænding er gældende for energieffektiv generering og manipulation af spinstrømme ved hjælp af ikke-magnetiske van der Waals-materialer, "forklarede professor Cho.