与反铁磁体耦合的单层石墨烯中的大交换分裂

自旋电子学(或自旋传输电子学)是一个相当新的研究领域，专门从事使用电子自旋来存储和处理信息的设备的开发。这些设备可能不适合使用传统电子设备，因为它们不使用电流工作，因此可以避免焦耳热的影响。当电流流经材料时会产生热能，从而提高材料的温度，焦耳热是一种在传统电子设备中发生的效应。

过去的研究发现，非局部自旋电流在石墨烯中的传播距离为2μm至90μm ，这意味着它可能是制造自旋电子器件的理想材料。但是，由于石墨烯并不是天生的自旋极化的，因此要在自旋电子设备中使用它，研究人员首先需要设计出允许其传输自旋的策略。

这可以通过在材料的能带结构中产生自旋分裂来实现。在石墨烯中实现自旋分裂的一种方法是将其放置在靠近磁性材料(例如铁磁体，亚铁磁体或反铁磁体)的位置。

加利福尼亚大学洛杉矶分校，美国国家标准技术研究所，田纳西大学和北京工业大学的研究人员最近通过将单层石墨烯与反铁磁材料集成在一起，实现了重要的交换分裂。他们使用的策略发表在《自然电子》上，该论文可以使石墨烯用于制造高性能，多功能自旋电子器件。

研究人员在论文中写道：“我们证明，单层石墨烯可以通过与硒化铬(CrSe)的反铁磁薄膜耦合而被磁化，从而在2K时产生高达134meV的交换分裂能。” “这种交换分裂是通过量子霍尔高原的移动和石墨烯中的量子振荡来显示的，其能量可以通过场冷却来调制，交换分裂的能量随着正场冷却而增加，而随着负场冷却而降低。”

研究人员将单层石墨烯机械剥离到SiO 2 / Si衬底上，然后将其转移到CrSe膜的顶部。完成此操作后，他们观察到该材料呈现出一系列量子振荡，这些振荡可以使用称为场冷却的技术进行调制。这表明在组合结构的石墨烯层中发生了相当大的自旋分裂。

测量和结果表明，将石墨烯与反铁磁材料(例如CrSe)结合使用可以实现材料中的大量交换分裂。在最近的《自然电子》论文中概述的石墨烯/ CrSe异质结构的平均交换分裂能约为134 meV。有趣的是，研究人员还发现可以控制这种结构中石墨烯光谱的调制。

总的来说，这些发现凸显了这种结构以及其他石墨烯/反铁磁结构在开发具有低损耗且能够进行长距离自旋传输的自旋电子器件方面的潜力。除了能够开发新的自旋电子器件外，研究人员创建的结构还可以用作研究量子接口机制和动力学的平台。未来的研究还可以探索将石墨烯与具有不同晶体对称性或特性的其他反铁磁体耦合的系统或结构的潜力。