具有纳秒级自旋寿命的栅极可调黑磷自旋阀
介观与纳米尺度物理
2017-06-08 v1 其他凝聚态物理
摘要
二维材料通过利用电子自旋，为基础科学和技术应用提供了新的机遇。虽然石墨烯因其非凡的电子迁移率在自旋通信方面非常有前景，但缺乏带隙限制了其在自旋二极管和双极自旋晶体管等半导体自旋器件中的应用前景。最近出现的二维半导体有助于克服这一基本挑战。在这篇快报中，我们报告了朝着制造二维半导体自旋器件迈出的第一个重要步骤。我们基于超薄（5 nm）半导体黑磷（bP）制备了一个自旋阀，并确立了这种自旋通道材料的基本自旋特性，该材料支持在室温（RT）下进行全电学自旋注入、传输、进动和检测。在铁磁电极和 bP 之间插入几层氮化硼缓解了众所周知的电导率失配问题，并允许向 n 型 bP 进行高效的电学自旋注入。在非局域自旋阀几何结构中，我们测量了 Hanle 自旋进动，并观察到高达 4 ns 的自旋弛豫时间，自旋弛豫长度超过 6 um。我们的实验结果与第一性原理计算非常吻合，并证明 Elliott-Yafet 自旋弛豫机制占主导地位。我们还证明了超薄 bP 中的自旋输运强烈依赖于电荷载流子浓度，并且可以通过电场效应进行调控。
引用
@article{arxiv.1706.02076,
title = {Gate-tunable black phosphorus spin valve with nanosecond spin lifetimes},
author = {Ahmet Avsar and Jun You Tan and Marcin Kurpas and Martin Gmitra and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and Jaroslav Fabian and Barbaros Ozyilmaz},
journal= {arXiv preprint arXiv:1706.02076},
year = {2017}
}