石墨烯具有拓扑的自旋电流效应

旋密度转换为充电电流。在这里，通过将石墨烯与拓扑绝缘体结合，作者在室温下实现了栅极可调的自旋电流效应。研究结果发表在科学杂志《自然通讯》上。

量子器件物理实验室研究组负责人萨罗伊·普拉萨德·达什(Saroj Prasad Dash)副教授说：“我们相信，这种实验性实现将吸引大量科学关注，并将拓扑绝缘体和石墨烯放在地图上，以用于自旋电子学和量子技术。” (QDP)，微技术与纳米科学系-MC2。

石墨烯是单层碳原子，具有非凡的电子和自旋传输性能。但是，这种材料中的电子经历了自旋和轨道角矩的低相互作用，称为自旋-轨道耦合，这不允许在原始石墨烯中实现可调节的自旋电子功能。另一方面，拓扑绝缘子中独特的电子自旋纹理和自旋动量锁定现象对于新兴的自旋轨道驱动自旋电子学和量子技术很有希望。但是，拓扑绝缘体的利用带来了一些挑战，这与它们缺乏电闸可调谐性，来自琐碎的体态的干扰以及异质结构界面处的拓扑特性的破坏有关。

“在这里，我们通过在范德华异质结构中集成二维石墨烯和三维拓扑绝缘体来解决其中的一些挑战，以利用其出色的自旋电子学性质并在室温下设计出近似感应自旋电流效应。”

由于石墨烯原子薄，因此当其他功能材料与石墨烯接触时，石墨烯的性能会发生巨大变化，这就是所谓的邻近效应。因此，基于石墨烯的异质结构是一个令人兴奋的设备概念，因为它们显示出因其与其他功能材料的杂化而产生的邻近效应的强大栅极可调性。以前，将石墨烯与拓扑绝缘体结合使用在范德华力异质结构中，研究人员表明，可以诱导强烈的邻近感应自旋轨道耦合，这有望在石墨烯带中产生Rashba自旋分裂。结果，预期的石墨烯将具有自旋电流效应，并具有其幅度和符号的预期栅极可调性。但是，以前没有在这些异质结构中观察到这种现象。

Dmitrii Khokhriakov说：“为了实现这种自旋电流效应，我们开发了一种特殊的类似石墨烯-拓扑绝缘体异质结构的霍尔棒器件。”

这些设备在最先进的MC2洁净室中纳米加工，并在Quantum Device Physics Laboratory进行了测量。新颖的设备概念使研究人员可以通过自旋开关和Hanle自旋进动实验在各种配置下进行互补测量，从而为室温自旋电流效应提供了明确的证据。

Saroj Prasad Dash总结道：“此外，我们能够展示出强大的可调谐性以及栅极电场对自旋电流效应的显着改变，这使得这种异质结构有望实现全电子和栅极可调自旋电子器件。”