查尔莫斯理工大学 图1
Weyl半金属1T’WTE 2中自旋霍尔效应的示意图，显示了仅通过电荷电流在样品表面分离自旋极化电子(上自旋和下自旋)
信用:赵兵 2017年拓扑维勒半金属的发现揭示了在凝聚态物理中实现几个非凡物理现象的机会
现在，查尔莫斯理工大学的研究人员已经证明了在这种拓扑量子材料中对大自旋霍尔效应的直接电探测
Weyl半金属利用其强自旋轨道耦合和新颖的拓扑自旋极化电子态的能带结构
这些实验发现可以为利用自旋轨道诱导现象开发下一代更快、更节能的信息技术铺平道路，并已发表在科学杂志《物理评论研究》上
随着我们的社会越来越与人工智能和物联网相结合，对低功耗、纳米级和高性能电子设备的需求一直在增加
自旋电子器件有望成为下一代信息技术，以降低功耗，同时提高性能和非易失性
最近，利用基本自旋霍尔效应通过自旋轨道转矩的电流感应磁化转换被认为是非易失性自旋电子存储器和逻辑器件的重要组成部分
自旋共振机制特别有用，因为由于自旋霍尔效应，只要通过重金属中的电荷电流就可以产生自旋电流，而不需要使用外部磁场
然而，这些设备中有限的开关速度和高功耗带来了一些挑战
查尔莫斯量子器件物理实验室的副教授萨罗·达什领导的一个小组使用了由新型拓扑量子材料制成的电子器件，这种材料被称为Weyl半金属，类似于石墨烯的三维版本，但在能带结构中具有强自旋轨道相互作用和新型自旋极化表面和体电子态
“Weyl半金属持有Weyl费米能态，其特征是Weyl锥和费米弧面态的线性色散
萨罗伊·达什(Saroj Dash)说:“由于动量空间中类似贝里曲率的单极子和强自旋轨道相互作用，预计在这种新材料中会存在韦尔锥和费米弧面态中的独特自旋结构。”
查尔莫斯的研究人员利用这种新的特性来电学检测大的电荷-自旋转换，即
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自旋霍尔效应，在这样一个室温下的半金属候选物中
“利用石墨烯的层状结构和长自旋相干长度以及异质结构界面的自旋传输，通过用石墨烯制造范德瓦尔斯异质结构的器件，实现了对WTe2中自旋霍尔效应产生的自旋电流的检测，”Ph解释说
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学生赵兵在查尔莫斯的MC2接受萨罗·达什的指导
萨罗吉·达什继续说道:“我们详细的自旋敏感电子测量，包括自旋输运和汉勒进动几何，它的角度和门相关的研究，以及理论计算都证明了在室温下WTe2装置中存在大的和门可调的自旋霍尔现象
在室温下，在Weyl半金属候选物WTe2中展示有效的电荷-自旋转换过程可以为其在自旋电子学和量子技术中的应用铺平道路
" 图2，左部分:被测器件的示意图，显示了带有石墨烯(Gr)和铁磁触点(FM)的WTe2异质结构，用于测量WTe2中的自旋霍尔效应
示意图中的插图显示了二氧化钨的能带结构、石墨烯和界面结构
图2，右部:电阻信号(Rs)是由于WTe2中的自旋霍尔效应而测量的
自旋极化可以通过在wt2中传递电流来产生，进动可以通过扫描垂直磁场来产生，而注入的自旋在石墨烯通道中扩散
信用:赵兵 拓扑半金属1T’WTE 2的优点是它具有许多有趣的性质，例如它是范德瓦尔斯层状材料，具有手性异常(负磁阻)行为的体Weyl半金属，单层中存在量子自旋霍尔态，以及提供大电流诱导自旋极化的表面和体电子态的新自旋结构
萨罗·达什集团还致力于通过贝里曲率设计和新颖的自旋拓扑结构，开发电子能带结构，将这种拓扑量子材料用于高能效自旋电子学和量子技术
“这样的发展对于实现下一代存储器、逻辑、通信和量子技术的超快和低功耗电子设备具有巨大的潜力，”他说
这项研究工作是在瑞典查尔莫斯理工大学的跨国合作下完成的；中国北京科技大学；以色列魏茨曼科学研究所；和德国德累斯顿的马克斯·普朗克研究所
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