基于超薄氧化物势垒的分子功能化石墨烯中的增强自旋注入

实用自旋电子器件的实现依赖于产生和探测纯自旋电流的能力。在基于石墨烯的自旋阀中，这通常通过自旋极化电子从铁磁接触经隧穿势垒注入来实现，其中 Al2O3 和 MgO 作为势垒材料使用最为广泛。然而，将这些势垒做得足够薄的要求常导致针孔和低接触电阻，进而由于所谓的电阻失配问题造成低自旋注入效率，室温下通常仅为 5%。本文展示了一种制备石墨烯超薄隧穿势垒接触的替代方法。我们表明，用 sp3 键合的苯基基团对石墨烯进行激光辅助化学功能化，可有效提供用于生长超薄 Al2O3 膜的晶种层，从而保证平滑、高质量的隧穿势垒和增强的自旋注入效率。重要的是，功能化对石墨烯沟道本身自旋输运的影响相对较弱，因此增强的自旋注入占主导并导致自旋信号增加一个数量级。此外，利用聚焦激光束和光刻技术对功能化进行空间控制，原则上可仅将功能化限制在接触区域，进一步减小对石墨烯沟道的影响。我们的结果为规避基于易得且高度稳定的 Al2O3 的石墨烯自旋电子器件中的电阻失配问题开辟了新途径，并推动了其实际应用的发展。