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count,发展 | 二维电子气的高效自旋-电荷转化效应,鱼肝油什么时候吃最好

发布时间:2019-05-05  分类:新闻世界  作者:admin  浏览:240

自旋流的发作、调控以及自旋流-电流的转化是自旋电子学研讨的核心问题。在上世纪90年代,V. M. Edelstein 预言与二维体系电流传输方向相笔直的方向上会发作纯自旋流,即,Edelstein效应。与此相反,当自旋流被注入二维电子体系时,二维界面的Rashba效应可使电子发作与自旋取向有关的定向偏转,发作相应的电信号,这便是所谓的逆Edelstein效应。近年来人们在Rashba界面、二维资料以及拓扑资料外表态中均调查到因为Edelstein效应和逆Edelstein效应发作的高效的自旋流和电荷流彼此转化。

氧化物二维电子气体系(LaAlO3/SrTiO3)是一个抱负的Rashba界面,是完结自旋流和电荷流彼此转化的抱负载体。中国科学院物理研讨所/北京凝聚态物理国家研讨中心磁学国家重点试验室孙继荣团队与北京大学韩伟教授协作,使用铁磁共振完结自旋泵浦的方法,在LaAlO3/SrTiO3界面调查到了自旋与电荷流之间的彼此转化,其自旋信号能够继续到室温,而且能够使用门电压进行调控(Sci. Adv. 3, e1602312 (2017))。使用上述方法尽管调查到了自旋流与电荷流之间的彼此转化,但这其间存在着两个问题一向困扰着研讨人员,一是自旋泵浦效应存在着寄生信号,影响对实在信号的判别;二是自旋流在传输的进程中要穿过绝缘的LaAlO3层,极大地降低了自旋注入功率。

经过长期探究,最近该团队成功得到了EuO/KTaO3磁性二维电子气 (Phys. Rev. Lett. 121, 116803 (2018))。这是首例由磁性绝缘体/高介电绝缘体构成的新式二维电子气。EuO是铁磁绝缘体,与KTaO3界面构成导电界面。因为EuO关于KTaO3界面的磁附近诱导效应,EuO/KTaO3二维电子气显现了显着的铁磁特征。一同,因为磁性EuO与二维电子气直接触摸,凭借这一规划能够战胜非磁性绝缘层的阻止效果,完结从EuO到二维电子气的直接自旋流注入,并经过二维电子气的逆Edelstein效应完结自旋流–电荷流的转化。

最近,在孙继荣研讨员指导下,博士研讨生张洪瑞等人使用热自旋注入的方法,经过二维电子气的转化效果,成功完结了自旋流-电荷流的高效转化。详细试验进程是,首先在EuO中树立温度梯度,使用温度梯度驱动非平衡磁振子分散,然后构成自旋流。因为EuO和二维电子气的密切触摸,磁振子自旋流直接注入到KTaO3界面层的二维电子气中。因为界面的Rashba 效应,自旋注入引起电子动量不对称散布,然后发作电流输出。因为没有非磁性绝缘阻挡层,以及界面二维电子气的强Edelstein效应,自旋-电荷转化是高效的。简略的比较标明,在相同磁性层厚度下,低温下EuO/KTaO3二维电子气的自旋塞贝克系数是YIG/Pt异质结的19倍,而YIG/Pt是公认的最优自旋塞贝克体系。经过体系研讨,他们还进一步确认了非平衡磁振子在EuO中的分散长度为16 nm。

以往使用自旋泵浦对氧化物界面进行自旋注入,是经过在磁性层与二维电子气之间交流电子完结的,且中心距离非磁性绝缘层。本研讨中自旋流由EuO中非平衡磁振子的分散构成,且直接注入到EuO/KTaO3界面,经过磁振子与界面电子的交流效果及自旋-电子动量确定效应完结转化,因而是一种新的注入与转化方法。这一作业提醒了磁性二维电子气的新特性及氧化物自旋电子学研讨的巨大潜力。

本作业中的样品制备与北京大学韩伟教授协作完结。

这一作业宣布在Nano Letters上 (Nano Letters 19, 1605 (2019))。该作业得到了科技部、国家自然科学基金委项目和中国科学院重点项目的支撑。

文章链接:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/pdf/10.1021/acs.nanolett.8b04509

图1. EuO/KTaO3界面的热自旋注入和逆Edelstein效应示意图。(a) 自旋塞贝克逆Edelstein效应的试验设备图。(b) Rashba型二维电子体系的能带结构。(c) 处于平衡状况和非平衡状况的费米面。

图2. EuO/KTaO3界面的自旋塞贝克逆Edelstein效应,其间EuO厚度是15 nm。(a) 左列是不同温度下热电电流随磁场的改变;水平列是不同加热功率下热电电流随磁场的改变。(b) 热电电流随样品温度的改变,加热功率是65 mW。(c) 热电电流随加热功率的改变,样品温度是10 K。

图3. 不同EuO厚度样品的自旋塞贝克逆Edelstein效应 (a) 不同EuO厚度样品热电电流随磁场的改变,测验温度是10K,施加的温度梯度是18.8 K/cm。(b) 热电电流随EuO厚度的改变。

图4. 自旋塞贝克系数跟着EuO/KTaO3和YIG/Pt 异质结中磁性层厚度的改变,温度固定在10K,Pt的厚度在5~10 nm。

修改:AI

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