在范德华异质结构中从拓扑绝缘体向石墨烯的电学自旋注入
介观与纳米尺度物理
2016-07-12 v1
摘要
全电学（无磁性材料）自旋注入是自旋电子学中最重要的目标之一。拓扑绝缘体（TI）因具有强自旋轨道耦合，特别是支持螺旋自旋极化电流的自旋动量锁定拓扑表面态（TSS），已被认为是一种极具前景的电控自旋源。许多拓扑绝缘体材料（如铋基硫族化合物）也是层状二维材料，可被整合到范德华耦合异质结构中，从而为利用拓扑绝缘体向其他二维材料进行电学自旋注入提供了可能。在此，我们利用自旋电位测量，证明了在 Bi2Te2Se（一种拓扑绝缘体）与化学气相沉积（CVD）生长的石墨烯之间机械堆叠形成的异质结构中，螺旋自旋极化电流通过三维拓扑绝缘体电注入到石墨烯中。当直流电流从拓扑绝缘体流向石墨烯时，我们利用铁磁（FM）探针在拓扑绝缘体和石墨烯中均检测到了显著的阶跃式电压变化（自旋信号）。通过反转直流偏置电流的方向可以反转自旋信号的符号，且自旋信号的相应幅度随偏置电流线性增加，这表明在拓扑绝缘体和石墨烯中均存在电流诱导的螺旋自旋极化。相比之下，当使用铁磁电极注入自旋时，石墨烯本身表现出常规的非局域自旋阀信号。我们讨论了在我们的拓扑绝缘体/石墨烯异质结构中注入到石墨烯内的螺旋自旋极化的可能起源，其中可能包括拓扑表面态以及自旋轨道耦合的 Rashba 态。我们的研究结果展示了通过拓扑绝缘体向石墨烯电注入自旋螺旋电流，并证明了拓扑绝缘体可作为未来通过电学方式实现自旋操控的自旋电子器件的潜在自旋源。
引用
@article{arxiv.1607.02651,
title = {Electrical spin injection into graphene from a topological insulator in a van der Waals heterostructure},
author = {Jifa Tian and Ting-Fung Chung and Ireneusz Miotkowski and Yong P. Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1607.02651},
year = {2016}
}