拓扑绝缘体薄膜中的本征自旋输运
介观与纳米尺度物理
2025-03-11 v2 应用物理
摘要
拓扑绝缘体（TIs）因其能够承载鲁棒的自旋效应，是基于自旋电子学的高级计算应用中引人关注的材料。例如，TIs凭借其强自旋轨道耦合，本征上具有大的自旋产生能力。此外，具有自旋-动量锁定和狄拉克色散的拓扑表面态（TSS）可导致长自旋扩散。未来的自旋电子器件技术将需要高质量材料的可扩展薄膜生长。我们生长了BiSbTeSe（BSTS，）的外延薄膜，并通过角分辨光电子能谱确认了最优掺杂下的无能隙能带结构。纵向电阻率的温度依赖性表明，随着温度降低，体输运受到抑制，在低温下表面输运占主导。我们通过非局域电阻实验评估了BSTS的自旋输运性质，该实验作为温度和施加电荷电流的函数进行，且未使用铁磁隧道结接触。正如预期，这些实验揭示了降低体导电以最佳增强自旋输运的必要性。在TSS中，我们发现电荷-自旋转换效率很高（自旋霍尔角 ），且自旋扩散可达数微米。高质量TIs的进一步发展将使其成为高效、无损耗自旋电子学的可行候选材料。
引用
@article{arxiv.2503.04962,
title = {Intrinsic Spin Transport in a Topological Insulator Thin Film},
author = {Sharadh Jois and Gregory M. Stephen and Nick Blumenschein and Patrick J. Taylor and Aubrey T. Hanbicki and Adam L. Friedman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.04962},
year = {2025}
}