室温下单层石墨烯中的电子自旋输运与自旋进动

石墨烯特有的能带结构，包括其独特的谷结构以及将空穴态与电子态分隔开的狄拉克中性点，导致了新型电子输运现象的观测，如反常量子化霍尔效应、弱局域化的缺失以及最小电导率的存在。除了耗散输运外，超导输运也已被观测到。由于固有的自旋轨道相互作用较低，以及电子自旋与碳核的超精细相互作用较低，石墨烯也被认为可能是自旋电子学及相关应用（如自旋量子比特的实现）的有前景材料。作为迈向石墨烯自旋电子学和自旋量子比特的第一步，我们报告了基于单层石墨烯场效应晶体管，在微米尺度距离上观测到的自旋输运以及拉莫尔自旋进动。实验采用了非局域自旋阀几何结构，使用四端接触几何构型，其中铁磁钴电极通过薄氧化层与石墨烯片接触。我们观测到了清晰的双极（从正号变为负号）自旋信号，反映了所有 4 个电极的磁化方向，表明自旋相干性延伸至所有 4 个接触点下方。在 4.2K、77K 和室温之间，自旋信号未发生显著变化。从 Hanle 型自旋进动测量中，我们提取出室温下的自旋弛豫长度在 1.5 到 2 微米之间，其对电荷密度的依赖性较弱，电荷密度变化范围从狄拉克中性点附近的$n\sim0$到$n = 3.6 \times 10^{16}/m^2$。根据测量结果计算得出，铁磁接触的自旋极化率约为 10%。