格罗宁根大学 公共卫生
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学生塔利耶·吉阿斯和教授
医生
巴特·范·威斯，格罗宁根大学科学与工程学院泽尼克高级材料研究所纳米器件物理学组组长
学分:格罗宁根大学 格罗宁根大学的物理学家构建了一个二维自旋晶体管，其中自旋电流是由穿过石墨烯的电流产生的
将单层过渡金属二卤化物(TMD)放置在石墨烯的顶部，以在石墨烯中诱导电荷-自旋转换
这一实验性的观察结果发表在2019年9月11日出版的《纳米快报》杂志上
自旋电子学是创造低功率电子设备的一种有吸引力的替代方法
它不是基于电荷电流，而是基于电子自旋电流
自旋是电子的一种量子力学性质，是一种可以用来传递或存储信息的磁矩
[电子]异质结构 石墨烯，一种二维形式的碳，是一种优秀的自旋运输工具
然而，为了创造或操纵自旋，需要电子与原子核的相互作用:自旋轨道耦合
这种相互作用在碳中非常弱，使得在石墨烯中很难产生或操纵自旋电流
然而，有研究表明，当一个含有较重原子的单层材料(如TMD)放在石墨烯的顶部时，石墨烯中的自旋轨道耦合会增加，从而产生范德瓦尔斯异质结构
在格罗宁根大学巴特·范·威斯教授领导的纳米器件物理学小组中
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学生塔利亚希和博士后研究员阿列克谢·卡弗津创造了这样一个异质结构
使用金电极，他们能够通过石墨烯发送纯电荷电流，并产生自旋电流，被称为拉什巴-埃德尔斯坦效应
这是由于与TMD单层的重原子(在这种情况下是二硫化钨)的相互作用而发生的
这种众所周知的效应首次在石墨烯中观察到，它与其他二维材料很接近
纳米器件的示意图，用于观察石墨烯和WS2的范德瓦尔斯异质结构中的电荷-自旋转换
紫色和红色箭头分别表示电荷电流和产生的自旋累积
信用:Talieh Ghiasi等人
匀称 “电荷电流在石墨烯中感应出自旋电流，我们可以用自旋选择性铁磁性钴电极来测量，”吉亚西说
这种电荷到自旋的转换使得用石墨烯构建全电子自旋电路成为可能
以前，自旋必须通过铁磁体注入
“我们还表明，自旋积累的产生效率可以通过施加电场来调节，”吉亚西补充说
这意味着他们已经建立了一个自旋晶体管，其中自旋电流可以开关
拉什巴-埃德尔斯坦效应并不是产生自旋流的唯一效应
研究表明自旋霍尔效应也是如此，但是这些自旋的方向不同
“当我们施加磁场时，我们使自旋在磁场中旋转
吉亚西解释说:“这两种效应与磁场相互作用产生的自旋信号的不同对称性有助于我们解开一个系统中每种效应的贡献。”
这也是首次在同一系统中观察到两种电荷-自旋转换机制
“这将有助于我们对这些异质结构中自旋轨道耦合的本质获得更基本的认识
" 石墨烯旗舰 除了这项研究可以提供的基本见解之外，构建一个全电二维自旋晶体管(没有铁磁体)对于自旋电子学的应用具有相当大的意义，这也是欧盟石墨烯旗舰的目标
“这一点尤其正确，因为我们能够在室温下看到这种效应
自旋信号随着温度的升高而降低，但在环境条件下仍然非常明显
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