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石墨烯/六方氮化硼自旋极化:理论上升技术
信息来源:本站 | 发布日期: 2017-01-19 09:07:20 | 浏览量:762847
石墨烯/六方氮化硼自旋极化:理论上升技术荷兰格罗宁根大学教授Bart van Wees教授将其研究成果发表在《Nature Communications》杂志上,他论述了一种基于石墨烯的器件,在室温下可以高效地注入和检测电子自旋,关键技术是改变石墨烯/氮化硼之间电子自旋的方式。自旋可看作…
石墨烯/六方氮化硼自旋极化:理论上升技术
荷兰格罗宁根大学教授Bart van Wees教授将其研究成果发表在《Nature Communications》杂志上,他论述了一种基于石墨烯的器件,在室温下可以高效地注入和检测电子自旋,关键技术是改变石墨烯/氮化硼之间电子自旋的方式。
自旋可看作是绕自身轴线旋转的电子,具有内在角动量,可从上或下两个方向检测到磁场。电子的跃迁过程中如果还同时伴随了自旋方向的改变,在极化时,电子的空间取向会有两种。通过控制费米面附近的自旋向上和向下的态密度,产生自旋极化。电子、原子核等带电粒子的自旋方向就会朝向某一个特定的方向排列,从而产生产生磁性。van Wees解释道:“自旋极化可以将电子注入铁磁材料来实现。”
Van Wees教授及其团队研究表明,通过将石墨烯层/绝缘体氮化硼作为隧道势垒,可以大大提高铁磁性自旋注入器/检测器电极的检测效率。
“石墨烯具有极好的自旋运输能力,是自旋电子学应用的理想材料。”van Wees解释道,“为了将自旋电子注入到石墨烯中,采用针孔交叉连接氮化硼绝缘层,使得铁磁电极与石墨烯层直接接触,相应的自旋注入效率达到70%以上。”
在所生产的器件设备中,自旋极化会随着电压的增加而增加,突破了当前人们认为极化旋转仅仅是影响铁磁性的想法。相反,它像是量子隧道,能够在设备中旋转。研究人员还发现同一器件中的自旋注入效率增加了十倍。van Wees说道:“总的来说,信号增强了100倍。”
它们行驶一段距离后轻松测量它们,一个应用将是磁场的检测器,这将影响自旋信号。
Van Wees解释道,这为研究自旋极化创造了许多可能性,我们现在往石墨烯中注入自旋电子,并在它们移动一段距离后测量它们的自旋注入效率。我们将其应用于磁场检测器,增强检测器的自旋信号。
另一种可能性是开发自旋逻辑门或自旋晶体管,可应用于日常在室温下使用的实验设备中。 “但是,我们通过物理剥离获得的石墨烯,即使用苏格兰胶带单层剥离石墨。这并不适合大规模生产。”Van Wees解释道,“开发高品质石墨烯,并大规模生产的工业技术是至关重要的。”
专注于研究石墨烯的Vladimir Falko教授说:“在氮化硼中封装石墨烯,并将这两种材料的异质结构用于新器件,包括隧道晶体管。这将成为石墨烯未来研究的趋势,因此,石墨烯自旋电子学定性已成为目前研究的热点。”
Spintronics将理论和实验研究结合在一起,长期投资于石墨烯研究项目,目前,他专注于开发室温石墨烯自旋电子器件。随着科技的进步,开发全功能的自旋电子设备取得了很大进展。下一步是将石墨烯和氮化硼结合在一起,瑞典查尔姆斯大学的Saroj Dash教授在最近发表的文章中,对在室温下以栅极电压控制电子自旋转量进行了详细的阐述。
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