石墨烯中的自旋输运与弛豫

我们综述了近期在石墨烯中自旋注入、输运和弛豫方面的研究工作。利用非局域磁电阻测量，研究了单层石墨烯中的自旋注入和输运。自旋注入通过透明接触或隧穿接触实现。采用隧穿接触时，非局域磁电阻增大了约1000倍，自旋注入/探测效率从约1%大幅提升至约30%。利用非局域Hanle测量研究了石墨烯自旋阀中的自旋弛豫。对于透明接触，自旋寿命在50-100 ps范围内。表面化学掺杂的影响表明，对于约100 ps量级的自旋寿命，杂质散射并非自旋弛豫的主导机制。而使用隧穿接触抑制接触诱导的自旋弛豫后，我们在室温下单层石墨烯中观察到长达771 ps的自旋寿命，在4 K下为1.2 ns，在20 K下双层石墨烯中为6.2 ns。此外，在单层和双层石墨烯中观察到截然不同的自旋弛豫行为。我们发现，低温下单层石墨烯中以Elliot-Yafet自旋弛豫为主，而低温下双层石墨烯中以Dyakonov-Perel自旋弛豫为主。利用单层石墨烯栅压可调电导率的特性，并结合不同类型的接触，研究了栅压可调的自旋输运。与理论预测一致，对于透明接触，非局域磁电阻与单层石墨烯电导率成正比；对于隧穿接触，则与单层石墨烯电导率成反比。最后，研究了单层石墨烯中的双极自旋输运，并在具有透明接触的单层石墨烯自旋阀中观察到了电子-空穴不对称性。