查尔莫斯理工大学 信用:CC0公共领域 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，这种效应可以将非平衡自旋密度转化为电荷电流
在这里，通过结合石墨烯和拓扑绝缘体，作者在室温下实现了栅极可调的自旋电流效应
该发现发表在科学杂志《自然通讯》上
“我们相信这一实验性的实现将会吸引大量的科学关注，并把拓扑绝缘体和石墨烯放到自旋电子学和量子技术应用的地图上，”副研究员萨罗伊·普拉萨德·达什说，他是量子器件物理实验室(QDP)的研究小组组长，该实验室位于MC2的微技术和纳米科学部
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，这种材料中的电子经历了它们的自旋和轨道角动量的低相互作用，称为自旋-轨道耦合，这不允许在原始石墨烯中实现可调自旋电子功能
另一方面，独特的电子自旋结构和拓扑绝缘体中的自旋动量锁定现象对于新兴的自旋轨道驱动的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电栅可调性、来自琐碎的体状态的干扰以及异质结构界面处拓扑性质的破坏有关
“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，以利用它们显著的自旋电子特性，并在室温下设计出邻近诱导的自旋电流效应，”德米特里·霍赫里亚科夫博士说
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QDP的学生，文章的第一作者
由于石墨烯非常薄，当其他功能材料与它接触时，它的性质会发生巨大的变化，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，因为它们表现出与其他功能材料杂交产生的强的邻近效应的栅极可调谐性
此前，研究人员将石墨烯与范德瓦尔斯异质结构中的拓扑绝缘体相结合，表明可以诱导强邻近诱导的自旋轨道耦合，这有望在石墨烯带中产生拉什巴自旋分裂
因此，预计邻近化的石墨烯将具有自旋电流效应，其大小和符号具有预期的栅极可调性
然而，以前在这些异质结构中没有观察到这种现象
“为了实现这种自旋电流效应，我们开发了一种石墨烯-拓扑绝缘体异质结构的特殊霍尔棒状器件，”德米特里·霍赫里亚科夫说
这些器件是在MC2最先进的洁净室中进行纳米加工的，并在量子器件物理实验室进行了测量
这种新颖的装置概念允许研究人员通过自旋开关和汉勒自旋过程实验在各种配置中进行互补测量，给出了室温下自旋电流效应的明确证据
萨罗·普拉萨德·达什总结道:“此外，我们能够证明栅极电场对自旋电流效应的强可调性和符号变化，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。”
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