横向铁磁-半导体器件中自旋输运的电学检测

半导体自旋电子学研究的一个长期目标是能够在单一器件中注入、调制和检测电子自旋。一个简单的原型由横向半导体沟道和两个铁磁接触构成，其中一个作为自旋极化电子源，另一个作为探测器。基于类似金属系统中的工作，已经提出了两个用于证明自旋输运电学检测的重要标准。第一个是使用非局域铁磁探测器测量非平衡自旋布居，该探测器中没有电荷电流流过。检测电极的电势应对探测器和源电极的相对磁化强度敏感，这一特性被称为自旋阀效应。第二个更严格的测试是Hanle效应的存在，即由于横向磁场中的进动和退相干导致自旋阀信号的调制和抑制。在此，我们报告了在由外延Fe肖特基隧穿势垒接触和n掺杂GaAs沟道构成的横向器件中，同时观察到自旋阀效应和Hanle效应。对横向磁场、温度和接触间距的依赖性与包含自旋漂移和扩散的模型吻合良好。对于通过源电极的两种电流方向，均检测到自旋输运。发现电学检测信号的符号随注入电流变化，并与通过光学测量确定的GaAs沟道中的自旋极化相关。因此，这些结果证明了在横向半导体器件中实现自旋注入、输运和检测的全电学方案。