旋密度轉(zhuǎn)換為充電電流。在這里，通過將石墨烯與拓撲絕緣體結(jié)合，作者在室溫下實現(xiàn)了柵極可調(diào)的自旋電流效應。研究結(jié)果發(fā)表在科學雜志《自然通訊》上。

量子器件物理實驗室研究組負責人薩羅伊·普拉薩德·達什(Saroj Prasad Dash)副教授說：“我們相信，這種實驗性實現(xiàn)將吸引大量科學關注，并將拓撲絕緣體和石墨烯放在地圖上，以用于自旋電子學和量子技術。” (QDP)，微技術與納米科學系-MC2。

石墨烯是單層碳原子，具有非凡的電子和自旋傳輸性能。但是，這種材料中的電子經(jīng)歷了自旋和軌道角矩的低相互作用，稱為自旋-軌道耦合，這不允許在原始石墨烯中實現(xiàn)可調(diào)節(jié)的自旋電子功能。另一方面，拓撲絕緣子中獨特的電子自旋紋理和自旋動量鎖定現(xiàn)象對于新興的自旋軌道驅(qū)動自旋電子學和量子技術很有希望。但是，拓撲絕緣體的利用帶來了一些挑戰(zhàn)，這與它們?nèi)狈﹄婇l可調(diào)諧性，來自瑣碎的體態(tài)的干擾以及異質(zhì)結(jié)構界面處的拓撲特性的破壞有關。

“在這里，我們通過在范德華異質(zhì)結(jié)構中集成二維石墨烯和三維拓撲絕緣體來解決其中的一些挑戰(zhàn)，以利用其出色的自旋電子學性質(zhì)并在室溫下設計出近似感應自旋電流效應。”

由于石墨烯原子薄，因此當其他功能材料與石墨烯接觸時，石墨烯的性能會發(fā)生巨大變化，這就是所謂的鄰近效應。因此，基于石墨烯的異質(zhì)結(jié)構是一個令人興奮的設備概念，因為它們顯示出因其與其他功能材料的雜化而產(chǎn)生的鄰近效應的強大柵極可調(diào)性。以前，將石墨烯與拓撲絕緣體結(jié)合使用在范德華力異質(zhì)結(jié)構中，研究人員表明，可以誘導強烈的鄰近感應自旋軌道耦合，這有望在石墨烯帶中產(chǎn)生Rashba自旋分裂。結(jié)果，預期的石墨烯將具有自旋電流效應，并具有其幅度和符號的預期柵極可調(diào)性。但是，以前沒有在這些異質(zhì)結(jié)構中觀察到這種現(xiàn)象。

Dmitrii Khokhriakov說：“為了實現(xiàn)這種自旋電流效應，我們開發(fā)了一種特殊的類似石墨烯-拓撲絕緣體異質(zhì)結(jié)構的霍爾棒器件。”

這些設備在最先進的MC2潔凈室中納米加工，并在Quantum Device Physics Laboratory進行了測量。新穎的設備概念使研究人員可以通過自旋開關和Hanle自旋進動實驗在各種配置下進行互補測量，從而為室溫自旋電流效應提供了明確的證據(jù)。

Saroj Prasad Dash總結(jié)道：“此外，我們能夠展示出強大的可調(diào)諧性以及柵極電場對自旋電流效應的顯著改變，這使得這種異質(zhì)結(jié)構有望實現(xiàn)全電子和柵極可調(diào)自旋電子器件。”