自旋电子学突破：插入钴层释放石墨烯量子潜力

darthracer · 2024-10-6 12:49

操纵电子自旋能使电子设备运行速度更快、能耗更少，然而生成、操纵材料自旋纹理仍存在挑战。最近一个西班牙-德国研究团队发现，钴层能增强石墨烯与重金属薄膜界面的相互作用，从而增强协同量子效应。

自旋电子学利用电子自旋特性来执行逻辑任务与数据存储，这些设备速度、能耗方面优于传统半导体。

石墨烯是一种由碳原子构成的二维蜂窝结构，也是自旋电子应用的有趣候选者。石墨烯通常沉积在重金属薄膜上，两者界面会产生强烈自旋轨道耦合，从而产生不同量子效应，包括能阶的自旋轨域分裂（spin-orbit splitting，拉什巴效应）、反对称交换作用（也称贾洛申斯基-守谷相互作用），更特别的是需自旋倾斜效应来稳定涡旋状自旋结构的斯格明子（Skyrmion）。

最近，一个西班牙-德国研究团队发现当在石墨烯与重金属（团队实验使用铱）薄膜之间插入单层铁磁元素钴，上述量子效应会明显增强，有利于自旋电子学应用。

利用第三代同步加速器辐射源BESSY II分析石墨烯、钴、铱界面的电子结构，德国亥姆霍兹柏林研究中心（HZB）团队发现与预期相反，石墨烯不仅与钴相互作用，还通过钴与铱相互作用，或者说石墨烯和重金属铱之间的相互作用由铁磁钴层介导，我们可以通过钴单层数量来影响自旋倾斜效应。

研究结果表明，石墨烯的量子潜力能借由钴增强，此种石墨烯异质结构对下一代自旋电子设备来说具巨大潜力。

自旋电子学突破：插入钴层释放石墨烯量子潜力

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