铁电衬底上单层石墨烯中与磁场相关的非平凡现象

本综述聚焦于我们近期关于铁电衬底上纳米结构单层石墨烯中发生的、与磁场相关的非平凡物理现象的预测。特别地，我们预测应变铁电薄膜中的 180 度畴壁可在石墨烯沟道中诱导 p-n 结，并导致整数量子霍尔效应的垂直模 ν 出现不寻常的温度与栅极电压依赖关系。非整数及其不规则序列与常规序列 ν = 3/2、5/3 有本质不同。这些不寻常的 ν 数源于显著不同的边缘模数 ν1 与 ν2，对应于 p-n 结边界左右（n1 与 n2）铁电畴中不同的载流子浓度。n1 与 n2 的差异随顺电相中薄膜自发极化的消失而消失，后者可通过适当选择由薄膜-衬底晶格失配引起的失配应变在宽温度范围内调节。接着我们研究了铁磁介电体—石墨烯沟道—铁电衬底体系的电导率。磁性介电体通过诱导能隙并使石墨烯能带谱相对于自由电子呈自旋不对称，从而在局域上改变石墨烯的能带谱。研究表明，若石墨烯沟道中的费米能级属于被 EuO 修饰后变得急剧自旋不对称的石墨烯能带谱区间，此类器件可作为理想的非易失性自旋滤波器。所考虑体系的实用化将受限于铁磁体的居里温度。控制费米能级（例如通过改变铁电极化的温度）可将自旋滤波器转换为自旋阀。