Correlating spin transport and electrode magnetization in a graphene spin valve: simultaneous magnetic microscopy and non-local measurements
使用同时磁力显微镜（MFM）和运输测量的石墨烯自旋阀，我们相关的非本地自旋信号与设备电极的磁化强度。成像的磁化状态证实了一维自旋输运模型内的每个电极的影响，并提供证据连接畴壁钉扎的传输信号中的附加功能。
2015-07-17 cond-mat.mes-hall
Spin inversion in graphene spin valves by gate-tunable magnetic proximity effect at one-dimensional contacts
石墨烯由于其高迁移率和长自旋扩散长度而具有显著的自旋电子学机会，特别是当封装在六方氮化硼（h-BN）中时。在这里，我们第一次展示了这种封装的石墨烯自旋阀与一维（1D）铁磁边缘接触门可调自旋输运。静电背栅调谐石墨烯的费米能级以探测1D铁磁接触的自旋极化态密度（DOS）的不同能级，其通过在石墨烯中诱导铁磁性的磁邻近效应（MPE）相互作用。与传统的自旋阀相比，在高电阻和低电阻配置之间的切换需要通过施加的磁场或高密度自旋极化电流进行磁化反转，我们提供了一种具有石墨烯中的栅极控制自旋反转的替代路径。所得到的可调MPE采用一个简单的铁磁金属自旋电子器件的承诺，并实现奇异的拓扑状态，从量子自旋霍尔和量子反常霍尔效应，马约拉纳费米子和skyrmions。
2018-02-21 cond-mat.mes-hall
Role of MgO barriers for spin and charge transport in Co/MgO/graphene non-local spin-valve devices
我们研究了单层和双层石墨烯非局域自旋阀器件中的自旋和电荷输运。类似于以前的双层石墨烯的研究，我们观察到的自旋寿命在我们的单层设备的载流子迁移率的逆依赖。这种普遍趋势仅在具有大接触电阻的器件中观察到。此外，我们观察到的第二个狄拉克峰的设备具有长的自旋寿命。这是由于触点下方的电荷传输造成的。相反，所有具有低欧姆接触电阻的器件仅表现出单个狄拉克峰。此外，自旋寿命显著降低，表明在电极下方发生额外的自旋退相。
2013-09-25 cond-mat.mes-hall
Spin Relaxation in Weak Localization Regime in Multilayer Graphene Spin Valves
采用非局域磁电阻（NLMR）测量方法，研究了多层石墨烯（MLG）自旋阀器件中自旋弛豫时间的温度依赖性。从低于70 K的磁阻（MR）测量中观察到弱局域化（WL），表明载流子的相干传输。在相同的温度范围内，我们观察到的自旋弛豫时间和自旋扩散长度的大的增加，即使扩散常数Ds被抑制的WL。这表明，在相干电荷输运机制中，当电荷经历量子干涉效应时，MLG中的自旋弛豫时间可以显著延长。
2013-03-08 cond-mat.mes-hall
All-electrical valley filtering in graphene systems (II): Numerical study of electron transport in valley valves
本文对谷电子学中的基本逻辑门--由两个或更多个谷滤波器组成的谷阀--的电子输运进行了数值研究。各种典型的影响的运输进行了研究，如那些由于界面散射，长和短距离杂质散射，边缘粗糙度，应变，过滤器间的间距，或增加数量的谷过滤器。为了说明，我们考虑由单层或双层石墨烯中的石墨烯量子线谷过滤器构建的特定阀的类别，其中过滤器受到面内横向电场的单独控制。利用石墨烯的最近邻紧束缚模型建立了相应的输运问题，并采用递推格林函数法求解相应的透射系数。在两个过滤器阀的情况下，结果明确地证明了存在一个显着的开关对比度的电子传输之间的两种配置的阀门，即，一个具有相同的和另一个具有相反的谷极性的两个组成过滤器。当增加阀中过滤器的数量时，对比度被示出增强。Fano-Fabry-Perot型共振与界面散射和滤波器间距的签名进行了说明。电子背散射由于杂质被发现是sizably抑制，与阀的性能表现出相当大的鲁棒性对边缘粗糙度散射。另一方面，单轴应变的存在下修改电子传输和结果在一个有趣的准周期调制的传输，因为我们改变应变强度。
2022-09-05 cond-mat.mes-hall
Valley filtering and valley valves in irradiated pristine graphene
Indian Institute of Technology, Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Indian Institute of Technology Bombay（孟买印度理工学院）
该研究提出利用双圆反向旋转激光及其相对相位控制原始石墨烯的两个谷，实现高效率、全光学且抗中等无序的谷滤波器与谷阀。
2024-01-20 cond-mat.mes-hall
Proximity effects in bilayer graphene on monolayer WSe$_2$: Field-effect spin-valley locking, spin-orbit valve, and spin transistor
从第一性原理出发，研究了双层石墨烯对单层WSe $_2$的邻近轨道和自旋轨道效应.我们发现，内置的电场诱导的双层石墨烯的轨道带隙约为10 meV。值得注意的是，接近自旋轨道分裂的空穴是两个数量级-自旋轨道分裂的价带在K是约2毫电子伏-比电子。有效地，由于下石墨烯层与WSe $_2$的强烈接近，空穴经历自旋谷锁定。然而，施加大约1 V/nm的外部横向电场，对抗异质结构的内建场，完全逆转了这种效应，并且对于空穴，允许电子以2 meV的自旋轨道分裂被自旋谷锁定。这种行为构成了高效的场效应自旋轨道阀，使得WSe $_2$上的双层石墨烯成为场效应自旋晶体管的潜在平台。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall
Reliability of spin-to-charge conversion measurements in graphene-based lateral spin valves
了解石墨烯中的自旋物理对于开发未来的二维自旋电子器件至关重要。最近的研究表明，通过与相邻的自旋-轨道耦合材料接近，可以在石墨烯中实现经由逆自旋霍尔效应或逆Rashba-Edelstein效应的有效的自旋-电荷转换。由石墨烯霍尔棒和铁磁体组成的横向自旋阀装置最适合此类研究。在这里，我们报告说，模拟逆Rashba-Edelstein效应的信号可以在具有可忽略的自旋-轨道耦合的原始石墨烯中测量，证实这些信号与自旋-电荷转换无关。我们确定无论是在铁磁体的异常霍尔效应或普通的霍尔效应在石墨烯引起的杂散场作为可能的来源，这个文物。通过定量比较这些选项与有限元方法模拟，我们得出结论，后者更好地解释了我们的结果。我们的研究加深了对石墨烯中自旋-电荷转换测量方案的理解，在设计未来的实验时应考虑到这一点。
2021-11-03 cond-mat.mes-hall
Enhanced spin accumulation at room temperature in graphene spin valves with amorphous carbon interfacial layers
我们证明了一个大的增强的自旋积累在单层石墨烯以下的电子束诱导沉积的无定形碳层在铁磁体-石墨烯界面。当石墨烯沉积在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）上并暴露于足够的电子束剂量以交联PMMA时，增强是10^4倍，而当石墨烯直接沉积在SiO2上并暴露于相同剂量时，增强是10^3倍。我们将这种差异归因于在前一种情况下更有效的碳沉积，这是由于PMMA释放的含碳化合物的存在增加。无定形碳界面可以维持非常大的电流密度而不退化，这导致在室温下超过500微电子伏的非常大的自旋积累。
2015-06-15 cond-mat.mes-hall
Theory of the valley-valve effect in graphene nanoribbons
具有锯齿形边缘的石墨烯纳米颗粒中的潜在台阶被证明是谷间散射的内在来源-无论该台阶在晶格常数a的尺度上多么平滑。谷由相对边缘处的一对局域态耦合，其充当在谷K/K '中传播的边缘态的吸引子/排斥子。沿局域态带的相对位移δ决定电导G。我们的结果G=（e^{2}/h）[1- \cos（Nπ+2πΔ/3 α）]解释了为什么“谷阀”效应（由pn结阻塞电流）取决于整个带中碳原子数N的奇偶性。
2008-04-17 cond-mat.mes-hall
Absence of hyperfine effects in $^{13}$C-graphene spin valve devices
与$^{12}$ C相反，碳同位素$^{13}$ C具有核磁矩并且可以在石墨烯中诱导电子自旋退相。由于天然碳同素异形体中$^{13}$ C的丰度较低（$\sim$ 1%），该效应通常被忽略。化学气相沉积（CVD）允许仅从$^{13}$ C前体人工合成石墨烯，潜在地放大核磁矩的影响。在这项工作中，我们研究了纯$^{13}$ C-石墨烯中的超精细相互作用对其自旋输运性质的影响。使用Hanle进动测量，我们确定自旋弛豫时间，并观察到$τ_{s}$随着掺杂的微弱增加和$τ_{s}$随着温度的微弱变化，如在天然石墨烯中。为了比较，我们研究了纯$^{12}$ C-石墨烯中的自旋输运，也是通过CVD合成的，并且观察到类似的自旋弛豫性质。由于超精细效应的签名可以在倾斜自旋阀和Hanle配置中更好地解决，我们使用有限元建模来模拟典型石墨烯性质的超精细磁场存在下的倾斜信号。与GaAs的情况不同，与$^{13}$ C核的超精细相互作用对电子自旋输运的影响非常微弱，即使对于完全极化的核系统也是如此。此外，在测量的倾斜自旋阀和汉勒效应没有超精细功能可以解决。实验证实了石墨烯中超精细相互作用的弱特征和$^{13}$ C原子在自旋退相过程中的作用可以忽略不计。
2014-04-25 cond-mat.mes-hall
Spin absorption by in situ deposited nanoscale magnets on graphene spin valves
石墨烯非局域自旋阀中自旋输运的原位测量用于量化由小（250 nm $\times$ 750 nm）金属岛吸收的自旋电流。该实验允许在不破坏真空的情况下连续沉积Fe或Cu，使得岛的厚度是唯一变化的参数。此外，通过使用单独的接触注入和检测测量岛的效果，我们隔离的自旋吸收的效果从任何变化的自旋注入和检测机制。从厚度依赖性推断，由Fe吸收的有效自旋电流$j_e = \frac{2e}{\hbar} j_s$与$10^8$ A/m $^2$一样大。$j_e$的最大值受到石墨烯/Fe界面的电阻-面积积的限制，其小至3 $Ωμ$ m $^2$。由相同厚度的Cu吸收的自旋电流小于Fe，正如预期的那样，考虑到Cu与Fe相比更长的自旋扩散长度和更大的自旋电阻。这些结果允许使用基于石墨烯的非局部自旋阀实现纳米磁体的自旋转移矩切换的前景的定量评估。
2018-04-06 cond-mat.mes-hall
Suppression of contact-induced spin dephasing in graphene/MgO/Co spin-valve devices by successive oxygen treatments
通过对石墨烯非局域自旋阀器件的连续氧处理，我们实现了Co/MgO自旋注入和检测电极的接触电阻面积积（$R_cA$）的逐渐增加以及相应差分dV-dI曲线中从线性到非线性特性的转变。通过这种接触的操纵，自旋信号的自旋寿命和幅度可以在相同的器件中显著增加七倍。这表明接触诱导的自旋退相是具有小$R_cA$值的石墨烯器件中自旋传输的瓶颈。随着$R_cA$值的增加，我们进一步观察到第二个电荷中性点（CNP）的出现在栅极相关的电阻测量。同时，我们观察到两个CNP之间的栅极电压分离的减少。自旋输运性质的强烈增强以及电荷输运的变化被解释为通过在氧处理过程中改善氧化物阻挡层来逐渐抑制Co/石墨烯相互作用。
2014-08-06 cond-mat.mes-hall
Simulations on the influence of spatially-varying spin transport parameters on the measured spin lifetime in graphene non-local spin valves
石墨烯非局域自旋阀器件的自旋输运性质通常通过使用一维Bloch-Torrey方程的简化解由Hanle自旋进动测量确定，该方程假设无限长的输运通道和均匀的自旋输运参数。我们研究了有限的石墨烯尺寸的影响，并探讨了空间变化的输运参数的影响，通过有限元模拟测量汉勒曲线。我们假设在具有额外费米能级钉扎的接触覆盖的石墨烯区域中增强的自旋退相，并探索未与石墨烯适当解耦的非磁性参考电极的影响。在实验中，通常观察到自旋寿命随着载流子密度的增加而增加。我们的模拟都不能再现这种趋势，表明这种依赖性源于通过未被接触覆盖的石墨烯区域的自旋输运。我们发现，提取的自旋寿命可能被高估的薄片是短于自旋扩散长度。此外，接触引起的自旋退相导致提取的自旋寿命的整体减少。此外，我们表明，非磁性参考电极也可能会影响测量的自旋寿命，即使他们不是调查中的运输区域的一部分。
2018-05-08 cond-mat.mes-hall
MagnetoResistance of graphene-based spin valves
研究了利用石墨烯作为非磁性材料连接铁磁引线的自旋阀器件的磁电阻效应。作为一个初步的步骤，我们首先研究的导电性的石墨烯条连接到金属接触的各种铅参数，并证明，所得的导电性是相当不敏感的。然后计算了自旋阀器件在平行和反平行自旋极化配置下的电导率，发现电导率仅微弱地依赖于引线的相对自旋取向，因此系统的磁电阻$MR$很小. $MR$的小是石墨烯导电性与引线的电子细节几乎无关的结果。我们的研究结果表明，尽管石墨烯具有使其对自旋电子器件具有吸引力的特性，但基于石墨烯的自旋阀的性能可能很差。
2007-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular Valves for Controlling Gas Phase Transport Made from Discrete Angstrom-Sized Pores in Graphene
精确调节分子通量的数量和位置的能力在纳米级3D打印、催化和传感器设计等应用中具有价值。含有具有分子尺寸的孔的阻挡材料先前已被用于操纵气相中的分子组成，但迄今为止还不能提供通过单个孔的受控气体输送。在这里，我们表明，通过单层石墨烯中离散的埃大小的孔的气体流量可以检测到，然后使用纳米大小的金簇进行控制，这些金簇形成在石墨烯的表面上，可以迁移并部分阻塞孔。在没有金簇的样品中，我们观察到的气体渗透，我们归因于分子重排的孔隙的大小的随机切换。例如，我们的分子阀可用于开发基于分子气体通量的可控切换的分子合成的独特方法，这让人想起生物细胞膜和固态纳米孔中的离子通道。
2015-07-08 cond-mat.mes-hall
Spin lifetimes exceeding 12 nanoseconds in graphene non-local spin valve devices
在室温下，单层石墨烯非局域自旋输运器件的自旋寿命为12.6 ns，自旋扩散长度为30.5 μm.这是通过在Si/SiO $_2$衬底上制造Co/MgO电极和随后在该电极结构的顶部上干法转移石墨烯-hBN叠层来实现的，其中需要大的hBN薄片以减少溶剂沿着hBN-衬底界面的进入。有趣的是，尽管导电扫描力显微镜和接触电阻测量揭示了整个MgO自旋注入/检测势垒的导电针孔的存在，观察到长的自旋寿命。观察到的单层石墨烯中的自旋寿命与先前的设备相比提高了6倍，超过了接触诱导的自旋弛豫的当前模型，这为探测石墨烯的固有自旋特性铺平了道路。
2016-02-08 cond-mat.mes-hall
Spin dependent quantum interference in non-local graphene spin valves
石墨烯上自旋相关的电子输运测量对于探索可能的自旋电子学应用具有重要意义。到目前为止，石墨烯上的所有自旋输运实验都是在半经典状态下进行的，忽略了量子输运特性，如相位相干性和干涉。在这里，我们表明，在量子相干石墨烯纳米结构的非局部电压是强烈调制。使用非本地测量，我们分离的自旋相关和自旋无关的贡献的信号。我们表明，自旋相关的贡献是约两个数量级大于自旋无关的，当校正为有限的电极极化。非局域自旋信号不仅被强烈调制，而且作为所施加的栅极电压的函数而改变极性。通过局部调整收缩中的载流子密度，我们表明收缩在这种效应中起着重要作用，并表明它可以作为一个自旋过滤器设备。我们的研究结果显示了量子相干石墨烯纳米结构在未来自旋电子器件中的应用潜力。
2014-04-30 cond-mat.mes-hall
Enhancement of spin relaxation time in hydrogenated graphene spin valve devices
石墨烯中的氢吸附物很有趣，因为它们不仅是强库仑散射体，而且还诱导碳网络的轨道杂化从sp^2变为sp^3。这种变化增加了自旋-轨道耦合，预计将在很大程度上改变自旋弛豫。在这项工作中，我们报告的变化，由于等离子体氢化的石墨烯的自旋输运性质。我们观察到一个高达三倍的增加后，适度的氢暴露的自旋弛豫时间τ_S。τ_S的增加伴随着电荷和自旋扩散系数的减小，导致自旋弛豫长度λ_S的微小变化。在高载流子密度下，我们获得了7微米的λ_S，这允许在11微米的距离上进行自旋检测。氢化后的τ_S值高达2.7纳秒，在室温下测量。
2012-09-11 cond-mat.mes-hall
A seamless graphene spin valve based on proximity to van der Waals magnet Cr$_2$Ge$_2$Te$_6$
本研究报道了一种基于石墨烯与范德华磁体Cr$_2$Ge$_2$Te$_6$邻近效应的无缝自旋阀，实现了自旋的产生与长距离输运，并观察到反常霍尔效应。
2024-08-11 cond-mat.mes-hall
Van der Waals spin valves
我们提出了自旋阀，其中一个二维非磁性导体插入两个铁磁绝缘层之间。在该设置中，绝缘层的磁化的相对取向可以对2D导体的面内电导率具有强烈的影响。我们首先表明这是一个石墨烯双层，紧束缚模型描述，放置在两个铁磁绝缘体之间。在反平行配置中，带隙在狄拉克点处打开，而在平行配置中，石墨烯双层保持导电。然后，我们计算石墨烯双层之间的铁磁绝缘体CrI $_3$的两个单层的电子结构，使用密度泛函理论。与模型一致，我们发现，一个间隙打开狄拉克点，只有在反平行配置。
2018-04-09 cond-mat.mes-hall
CVD bilayer graphene spin valves with 26 $μ$m spin diffusion length at room temperature
我们提出了由CVD生长的双层石墨烯（BLG）制造的倒置自旋阀，其在室温下的器件性能与最先进的双层石墨烯自旋阀相比增加了一倍以上。这是可能的PDMS液滴辅助全干转移技术，弥补了以前的工艺缺陷，在设备制造。栅极相关的汉勒测量显示自旋寿命高达5.8 ns和自旋扩散长度高达26 $μ$ m在室温下结合的电荷载流子迁移率为$\approx$ 24 000 cm $^{2}$（Vs）$^{-1}$的最佳设备。我们的研究结果表明，CVD生长的BLG显示出与CVD-石墨烯甚至剥离的单层石墨烯同样良好的室温自旋输运性质。
2022-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time-dependent magneto-transport in a driven graphene spin valve
基于含时非平衡格林函数方法，我们从理论上研究了在电极上施加静态偏置电压和石墨烯上施加时变栅电压时，石墨烯层中的时间和自旋相关输运。电极是磁性的，其磁化的任意相互取向。我们发现电流中的特征是由交变场的强度和石墨烯中的狄拉克点的相互作用所支配的：弱交变场对零偏压电导的影响被狄拉克点处的零态密度强烈抑制。相比之下，对于交变场的强振幅，电流由几个谐振峰主导，特别是在零偏压处出现显著的峰。这种微妙的竞争的结果在隧道磁阻从一个广泛的高峰，在零偏置电压施加到电极的急剧下降的过渡。可以通过调整交流场频率来操纵倾角幅度。
2011-09-13 cond-mat.mes-hall
Spin Valve Effect in ZigZag Graphene Nanoribbons by Defect Engineering
我们报告的可能性驱动的锯齿形石墨烯纳米带的边缘缺陷工程的自旋阀效应。基于平均场自旋不受限制的哈伯德模型，采用自洽方法计算了电子能带结构和电导分布。发现使用外部栅极在清洁的锯齿形石墨烯纳米带中触发超导体-金属转变，而在存在克莱因边缘缺陷的情况下，它产生自旋分裂带隙的闭合。这些特性可以用来制造新型的基于电荷和自旋的开关和场效应器件。
2009-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanosecond spin lifetimes in bottom-up fabricated bilayer graphene spin-valves with atomic layer deposited Al$_2$O$_3$ spin injection and detection barriers
我们目前的自旋输运研究的双层和三层石墨烯非局域自旋阀已被制造的自下而上的制造方法。通过该技术，首先将自旋注入电极沉积到Si $^{++}$ /SiO $_2$衬底上，随后机械转移石墨烯/hBN异质结构。我们以前表明，这种技术允许纳秒自旋寿命在室温下结合载流子迁移率超过20，000 cm $^2$ /（Vs）。尽管强烈增强的自旋和电荷传输特性，在这些设备中的MgO注入势垒表现出导电针孔，仍然限制了测量的自旋寿命。我们证明，这些针孔可以部分地减少通过氧处理的三层石墨烯设备，这是看到的Co/MgO电极的接触电阻面积产品的强烈增加。同时，自旋寿命从1 ns增加到2 ns。我们认为，针孔部分是由于分子束外延中的定向生长。因此，对于第二组设备，我们使用Al $_2$ O $_3$的原子层沉积，这提供了各向同性沉积更均匀的屏障的可能性。虽然所制造的双层石墨烯器件的接触是不导电的，但是我们可以通过电压脉冲部分地打破氧化物势垒。此后，器件也表现出纳秒自旋寿命。
2015-07-09 cond-mat.mes-hall
Comment on "Magnetotransport through graphene spin valves" and its following works
我们表明，在工作中的关键公式[丁，朱，和Berakdar，物理修订版B { \bf 79}，045405（2009）; { \bf 84}，115433（2011）;丁，朱，张，和Berakdar，物理修订版B { \bf 82}，155143（2010）]是无效的，在他们研究的扩展石墨烯系统。本文还给出了广义无限系统的正确形式。
2013-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Contact Induced Spin Relaxation in Graphene Spin Valves with Al2O3 and MgO Tunnel Barriers
我们通过系统地比较自旋吸收，其他接触诱导效应（例如边缘场等），以及具有MgO阻挡层、Al2O3阻挡层和透明接触的石墨烯自旋阀的体自旋弛豫。我们得到的有效自旋寿命拟合Hanle自旋进动数据与两个模型，包括或不包括自旋吸收的影响。结果表明，额外的接触引起的自旋弛豫以外的自旋吸收占主导地位的接触效果。对于隧穿接触，我们发现合理的协议之间的两个模型的中位数差异约20%的MgO和10%的Al2O3。
2015-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reply to arXiv:1212.3831v1 "Comment on: Magnetotransport through graphene spin valves and its following works" by Y. Zhou and M.W. Wu
在他们的评论arXiv：1212.3831v1 Y. Zhou和M.W.吴声称，基本的输运方程与当前的传输函数，使用我们和事实上由许多其他研究人员，是无效的扩展系统，应该得到纠正。它们为扩展系统中的输运提供了一个“正确的”新公式。这确实是量子输运理论的一个令人惊讶的新方面。然而，在这里，我们从数学上证明了新公式是一种误解，它是由于增加了一个能量和动量相关的函数，而这个函数由于根本原因而必须消失。添加此功能所产生的结果和结论无关紧要。已知的量子输运公式在有据可查的条件下是一致的。
2013-07-05 cond-mat.mes-hall
Laser-assisted spin-polarized transport in graphene tunnel junctions
利用Keldysh非平衡格林函数方法，从理论上研究了单色光场作用下石墨烯自旋阀的自旋极化输运。研究发现，微分电导的偏压依赖性表现出连续的峰值，对应于通过光子辅助边带的共振隧穿。多光子过程起源于辐射场和石墨烯隧穿性质的组合效应，并且示出在石墨烯自旋阀中被基本上抑制，这导致高偏置电压下的微分电导降低。我们还讨论了由于辐射场的存在，在零偏置附近出现的动力学能隙。间隙宽度可以通过改变辐射电场强度和频率来调谐。这导致微分电导中的谐振峰的偏移。我们还证明了数值的辐射和自旋阀效应的依赖关系的外部场的参数和电极。我们发现辐射场、石墨烯和自旋阀特性的综合作用导致了隧道磁电阻（TMR）的振荡行为，并且这种振荡幅度可以通过扫描辐射场强度和/或频率来改变。
2014-12-14 cond-mat.mes-hall
Nanosecond spin relaxation times in single layer graphene spin valves with hexagonal boron nitride tunnel barriers
我们提出了一个实验研究的自旋输运在单层石墨烯使用六方氮化硼（h-BN）的原子片作为自旋注入的隧道势垒。虽然h-BN有望有利于自旋注入，但以前的实验研究无法在纳秒范围内实现自旋弛豫时间，这表明接触可能存在潜在问题。在这里，我们研究了具有h-BN势垒的石墨烯自旋阀中的自旋弛豫，并观察到超过纳秒的室温自旋寿命，这提供了实验证实，h-BN确实是用于自旋注入石墨烯的良好势垒材料。通过对不同厚度的h-BN进行测量，我们表明，对于在石墨烯中实现高非局域自旋信号和更长的自旋弛豫时间，少层h-BN是比单层更好的选择。
2016-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable induced magnetic moment and in-plane conductance of graphene in Ni/graphene/Ni nano-spin-valve-like structure: a first principles study
本研究从理论上研究了石墨烯基纳米自旋阀结构的磁性和电子结构。考虑石墨烯两侧的磁性镍层。一个自旋极化广义梯度近似确定的电子状态。在石墨烯和两个镍层的能量稳定堆叠布置中，底层和上层磁矩的反平行自旋配置具有最低能量，这与先前的实验研究一致。自旋密度映射和能带结构结果表明，当上下Ni（111）片具有反平行（平行）磁矩组态时，子晶格A和B的碳原子将具有反铁磁（铁磁）自旋组态.当排列具有反平行配置时，狄拉克锥处的带隙是开放的，而当排列具有平行配置时，带隙是关闭的。因此，当费米能级被调整到狄拉克点时，石墨烯层的面内电导取决于两个镍片的磁对准。Ni/graphene/Ni纳米结构的磁性和电子结构使该系统成为一种具有可控面内磁电阻的新型自旋电子器件。
2018-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical Detection of Spin Precession in Single Layer Graphene Spin Valves with Transparent Contacts
利用非局域自旋阀方法研究了室温下单层石墨烯中的自旋积累和自旋进动。研究了非局域磁电阻对电极间距的依赖关系，结果表明自旋扩散长度约为1.6微米，自旋注入/探测效率为0.013。电检测的自旋进动证实，非本地信号来源于自旋注入和运输。Hanle自旋进动数据的拟合产生~84 ps的自旋弛豫时间和~1.5微米的自旋扩散长度，这与通过间距依赖性获得的值一致。
2009-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric valley valves with graphene/MoTe$_2$ van der Waals heterostructures
铁电范德华异质结构提供了一个天然的平台，设计各种电控设备。在这项工作中，我们证明了AB双层石墨烯封装在MoTe $_2$作为一个谷阀，显示一个可切换的内置拓扑间隙，导致铁电驱动的拓扑通道。使用从头计算和低能量模型的组合，我们表明，铁电秩序的MoTe $_2$允许控制的间隙开放的双层石墨烯，并导致不同的铁电畴之间的拓扑通道。此外，我们分析了MoTe $_2$和石墨烯层之间的莫尔调制在拓扑模式中的效果，证明了边缘状态对铁电感应电势的莫尔调制是鲁棒的。我们的研究结果提出了铁电/石墨烯异质结构作为多功能平台，以设计可切换的内置拓扑通道，而无需外部电偏压。
2023-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Rectification by hydrodynamic flow in an encapsulated graphene Tesla valve
粒子间相互作用占优势的系统可以用流体力学来描述。对于电子来说，在固态中通常难以进入该区域。然而，封装的石墨烯的高纯度与其有利的声子性质相结合使其成为可能，并且已经观察到对石墨烯导电性的流体动力学校正。实例包括电子束池、通过收缩部的增强流动以及Poiffille流动剖面。然而，一直缺乏专门依赖于粘性行为并用作粘度计的电子装置。在这里，我们实现了特斯拉阀的模拟。它表现出非互易输运，可以被看作是一个电子粘性二极管。整流发生在载流子密度和温度与流体动力学制度一致，并消失在弹道和扩散运输制度。在电子暴露于莫尔超晶格的器件中，在整流行为中观察到穿过范霍夫奇点时的Lifshitz跃迁。
2020-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Room-temperature spin-lifetime anisotropy exceeding 60 in bilayer graphene spin valves proximity coupled to WSe$_2$
nd Institute of Physics and JARA-FIT, RWTH Aachen University（亚琛工业大学第二物理研究所和JARA-FIT）；Peter Grünberg Institute (PGI-9), Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心彼得·格林贝格研究所（PGI-9））
研究通过近邻耦合实现双层石墨烯自旋阀中室温自旋寿命各向异性超过60，揭示了自旋轨道耦合对自旋寿命的影响。
2026-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Field-Free Giant Magnetoresistance in a Proximity- and Gate-Induced Graphene Spin Valve
由于其二维性质，石墨烯中的邻近效应和电场效应可以诱导铁磁性和电荷掺杂。利用这些功能，我们提出了一个电气工程自旋阀结合两个磁绝缘体（使用EuO，EuS，或YIG）和三个涂层门。两个顶栅用于消除这些磁体中的重电子掺杂，一个背栅用于利用正常或半金属铁磁体。我们证明，当第二顶栅被调谐到利用绝缘或自旋绝缘态时，EuO和YIG可以在高温下获得巨大的巨磁电阻（GMR）（几倍于68 K和100 K时的$10^5\%$）。这些结果意味着一个杰出的巨磁电阻，是磁性可调，垂直配置（铁磁性与绝缘），和磁场自由。我们的工作可能提供一个可行的路径，一个诱人的磁场自由自旋电子学。
2017-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetotransport through graphene spin valves
我们提出了一个理论研究自旋相关的输运通过自旋阀由石墨烯夹在两个磁性的铅与任意取向的铅磁化之间。不施加栅极电压。利用Keldysh的非平衡格林函数方法，我们表明，在没有外部磁场，电流-电压曲线是非线性的。在零偏置附近，微分电导与偏置电压的关系具有较强的下降。隧道磁电阻（TMR）中的零偏异常强烈地受到引线自旋极化的影响。根据偏置电压的值，TMR表现出从绝缘型到金属型的行为。在静态外部磁场的存在下，微分电导和TMR作为偏置电压和磁场的强度的函数显示由于朗道能级交叉的周期性振荡。我们还考察了温度和极化度对微分电导和TMR的影响。
2009-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-based spinmechatronic valve
范德华石墨烯晶体之间的层间扭曲导致了魔角附近超导和绝缘态的发现。在这项工作中，我们利用这种机械自由度，通过扭曲石墨烯中间层在两个金属铅（磁性和磁性）之间的三层石墨烯间隔。发现电导的大差异取决于中间层石墨烯和界面处的石墨烯之间的扭曲角度，这种差异（称为扭曲电阻）在非磁性Cu情况下达到1000%以上。对于磁性Ni的情况下，磁阻降低和扭曲和不扭曲之间的电导的差异强烈地依赖于相对磁化配置。对于平行配置，扭转阻力约为-40%，而对于反平行配置，扭转阻力可高达130%。此外，我们表明，扭转电阻可以通过在Ni/石墨烯的界面处插入薄Cu层来增强，其中对于平行和反平行配置，其分别达到200%和1600%的值。这些发现可以为将2D材料集成到基于新型自旋机电一体化的设备上铺平道路。
2019-08-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Nonlinear Valley and Spin Valves in Bilayer Graphene
本研究利用 Fe3GeTe2 接触的双层石墨烯器件观察二阶非线性自旋电流及自旋阀行为，揭示铁磁邻近诱导的面外谷极化及其与自旋的耦合。
2024-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlling the efficiency of spin injection into graphene by carrier drift
从铁磁金属到石墨烯的电自旋注入受到两种材料之间的阻抗失配的阻碍。这个问题可以通过在界面处引入薄的隧道势垒来减少。我们在钴/氧化铝/石墨烯结构中进行了室温非局域自旋阀测量，注入效率高达25%，其中通过氧化物中相对透明的针孔实现电接触。通过在注入器电极上施加DC电流偏置，该值进一步提高到43%，这导致载流子漂移远离接触。反向偏置将AC自旋阀信号减小到零或负值。我们引入了一个模型，定量预测在这种情况下，在石墨烯中的自旋积累的行为，显示出良好的协议与我们的测量。
2008-11-18 cond-mat.mes-hall
Electronic spin drift in graphene field effect transistors
研究了室温下场效应输运结构中单层石墨烯自旋阀在外加直流电场作用下电子自旋的漂移。在金属导电状态（$n \simeq 3.5 \times 10^{16}$ m $^{-2}$）中，对于施加在自旋注入器和自旋检测器之间的约$\pm$ 70 kV/m的DC场，自旋阀信号根据DC场的方向和载流子类型增加/减少多达$\pm$ 50%。当从空穴传导切换到电子传导时，观察到漂移效应的符号反转。在狄拉克中性点附近，漂移效应被强烈抑制。实验结果与自旋输运的漂移扩散模型定量一致。
2008-04-14 cond-mat.mes-hall
Spin Relaxation in Graphene with self-assembled Cobalt Porphyrin Molecules
在石墨烯自旋电子学中，局域磁矩与电子自旋的相互作用为探索潜在的自旋弛豫机制铺平了新的道路。石墨烯上的有机钴卟啉（CoPP）分子的自组装层通过卟啉结合的钴原子的磁矩为此类研究提供了所需的平台。在这项工作中，石墨烯自旋阀器件的自旋输运性质的研究功能化与这样的CoPP分子作为温度的函数，通过非本地自旋阀和Hanle自旋进动测量报告。对于功能化（分子）器件，我们观察到自旋弛豫时间（τs）的略微减小，这可能是在分子磁矩存在下石墨烯中电子自旋的增强的自旋翻转散射的指示。对于低质量样品（低迁移率），分子层的影响被掩盖，这可能是由于Elliot-Yafet（EY）型自旋弛豫机制的主导作用。
2015-06-18 cond-mat.mes-hall
Opto-Valleytronic Spin Injection in Monolayer MoS2/Few-Layer Graphene Hybrid Spin Valves
二维（2D）材料提供了用于自旋电子学和谷电子学的独特平台，这是由于能够将非常不同的功能组合到一个垂直堆叠的异质结构中，其中每种组成材料的强度可以补偿其他组成材料的弱点。石墨烯已被证明是在室温下用于自旋输运的特殊材料，然而它缺乏自旋和光学自由度的耦合。相反，自旋/谷极化可以有效地产生在单层过渡金属二硫属化物（TMD），如MoS 2通过吸收圆偏振光，但横向自旋或谷传输尚未实现在室温下。在这封信中，我们制作单层二硫化钼/少层石墨烯混合自旋阀，并证明，第一次，光电子自旋注入跨TMD/石墨烯界面。我们观察到自旋极化的大小和方向是由螺旋度和光子能量控制的。此外，Hanle自旋进动测量证实了光学自旋注入，自旋运输，和电检测到室温。最后，通过一维漂移扩散模型的分析，量化了光注入的自旋电流和自旋输运参数。我们的研究结果表明，二维自旋电子/valleytronic系统，实现在室温下在一个单一的设备，这为多功能的二维自旋电子器件的存储器和逻辑应用铺平了道路的光学自旋注入和横向自旋输运。
2017-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong in-plane magnetic anisotropy (Co0.15Fe0.85)5GeTe2/graphene van der Waals heterostructure spin-valve at room temperature
本文报道了室温下具有强面内磁各向异性的(Co0.15Fe0.85)5GeTe2/石墨烯范德华异质结横向自旋阀，通过实验和DFT计算证明其高效自旋注入、检测及负自旋极化，为自旋电子学器件发展提供了新途径。
2023-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electrically Controllable van der Waals Antiferromagnetic Spin Valve
我们提出了一个自旋阀，是基于范德华反铁磁性和完全电控。该设备是由两个反铁磁终端，允许垂直偏置控制和一个链接的中心散射电位区。当两个端子中的偏置取向从平行切换到反平行时，磁阻显著变化，因为这种切换引起系统不同部分中相同自旋投影的带的失配。从密度泛函计算中示出，由Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$的两个原子层封装的双层石墨烯提供了实现反铁磁性的材料平台，其对于所需的垂直电场是鲁棒的。
2021-07-13 cond-mat.mes-hall
A roadmap for the design of four-terminal spin valves and the extraction of spin diffusion length
石墨烯由于其显著的电子迁移率和低自旋轨道耦合，是未来自旋电子学器件的有希望的衬底。自旋阀器件中的Hanle旋进常用于评价自旋扩散和自旋寿命特性。在这项工作中，我们证明，这种方法不再是准确的，当内外电极之间的距离小于6倍的自旋扩散长度，导致误差高达50%的计算的自旋品质因数的石墨烯。我们建议简单而有效的方法来规避这一限制，解决修订版的汉勒适合功能。作为补充，我们为四端自旋阀的设计提供了明确的指导方针，能够产生完美的自旋寿命和自旋扩散系数的估计。
2020-10-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Charge carrier mobility degradation in graphene sheet under induced strain
研究了单层石墨烯片中诱导应变对载流子迁移率的影响。迁移率计算玻恩近似包括杂质散射，表面粗糙度的影响和晶格声子的相互作用。与其sSi对应物不同，应变石墨烯显示出随着应变的增加迁移率下降。这种效应的主要原因是由于石墨烯蜂窝中的诱导变形而导致费米速度降低。
2010-10-12 cond-mat.mes-hall
Electric-field-tunable valley Zeeman effect in bilayer graphene heterostructures: Realization of the spin-orbit valve effect
根据Gmitra和Fabian的理论预测，我们报告了在双层石墨烯（BLG）和单层WSe 2的原子尖锐异质结构中发现从拓扑平凡到拓扑非平凡的能带结构的电场诱导的转变[Phys.Rev.Lett. 119，146401（2017）]。通过对BLG电导的量子修正的详细研究，我们确定了BLG能带结构的演化是由邻近诱导的强自旋轨道相互作用（SOI）和层极化率之间的相互作用引起的。BLG中的低能量载流子经历有效的谷塞曼SOI，其在一定程度上是完全栅极可调的，其可以通过施加横向位移场来接通或关断，或者可以在价带和导带之间可控地转移。我们证明，这将导致在一个恒定的电子密度从弱本地化弱反本地化的净位移场是从一个积极的调整到一个负面的价值与随之而来的SOI诱导分裂的低能带的BLG附近的K（K '）谷，这是一个独特的签名的理论预测的自旋轨道阀效应。我们的分析表明，量子修正的强诱导SOI狄拉克材料中的德鲁德电导只能令人满意地解释的理论，占SOI诱导的BLG低能带的自旋分裂。我们的研究结果表明，在双栅二维材料的谷塞曼效应的基础上实现高度可调的设备的潜力。
2021-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fabrication of zinc oxide/graphene-carbon nanotubes nanocomposite with enhanced dye degradation ability
本研究制备了氧化锌/石墨烯-碳纳米管纳米复合材料，经多种表征验证其结构，实验证明该材料比纯ZnO纳米颗粒具有更优异的罗丹明B染料降解能力。
2024-12-11 cond-mat.mes-hall
Valley Valves at Domain Walls in Symmetry-Broken Rhombohedral Graphene
Florida State University（佛罗里达州立大学）；National High Magnetic Field Laboratory（国家高磁场实验室）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), CSIC（马德里材料科学研究所，西班牙国家研究委员会）；IMDEA Nanoscience（IMDEA纳米科学研究所）；Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
研究菱面体多层石墨烯中谷畴壁的输运性质，发现其表现为不可穿透的谷阀，并通过谷间相互作用实现电子透射，在超导相中谷间混合对超流至关重要。
2026-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Voltage-controlled inversion of tunnel magnetoresistance in epitaxial Nickel/Graphene/MgO/Cobalt junctions
我们报告的制造和表征的垂直自旋阀结构，使用厚的外延MgO势垒作为间隔层和石墨烯钝化的Ni膜作为底部铁磁电极。该设备显示出强大的和可扩展的隧道磁阻，在改变施加的偏置电压时具有几个符号的变化。这些发现可以用声子辅助的输运机制模型来解释，该模型依赖于混合石墨烯的能带结构和自旋态密度的特殊性|Ni界面。
2014-10-07 cond-mat.mes-hall
Nonlinear interaction of spin and charge currents in graphene
我们描述了电荷流和自旋电流之间的非线性相互作用，这是由电导率的能量依赖性引起的。这允许将双极接触用于测量和控制自旋信号。我们选择石墨烯作为模型系统来研究这些效应，并预测其在非局域自旋阀器件中的大小。石墨烯的双极行为被用来证明放大的自旋积累在pn结通过施加充电电流，通过接触。
2011-12-29 cond-mat.mes-hall
Modeling the Oblique Spin Precession in Lateral Spin Valves for Accurate Determination of Spin Lifetime Anisotropy: Effect of Finite Contact Resistance and Channel Length
自旋寿命各向异性是研究石墨烯和二维异质结构材料自旋弛豫机制的重要物理量。本文推广了有限接触电阻横向自旋阀中自旋斜进动的扩散输运方程。这产生了一种确定自旋寿命各向异性比τ =τ $_{\perp}$ /τ $_{\parallel}$的方法，其是垂直于石墨烯表面和平行于石墨烯表面极化的自旋的寿命之间的比率。通过求解定态Bloch方程，我们证明了斜自旋进动信号的线形可以用六个无量纲参数来描述，并可以解析求解。我们表明，各向异性的自旋进动特性可以强烈抑制接触诱导的自旋弛豫起源于沟道材料和电极之间的电导失配。为了准确地提取自旋寿命各向异性比，我们开发了一个封闭的形式方程，包括有限的接触电阻的影响。此外，我们证明，在高接触电阻制度，准确地确定自旋寿命各向异性所需的最小通道长度足够低的外部磁场仅由通道材料的扩散系数，而不是自旋扩散长度。我们的工作提供了一个精确的模型，以提取自旋寿命各向异性比的斜自旋进动测量，并可以用来指导这种测量的设备设计。
2018-01-11 cond-mat.mes-hall
Antiferromagnetic spin valve from heterostructure of two-dimensional hexagonal crystals
本文提出了由反铁磁衬底上的单层六方晶体异质结或双层六方晶体异质结夹在两个（反）铁磁绝缘体之间构成的电流面内几何结构的自旋阀。二维六方晶体如石墨烯、硅烯、锗烯和锡烯采用紧密束缚的蜂窝晶格模型。反铁磁衬底的磁化取向控制体的带隙和拓扑性质，这进而控制三种类型的自旋阀几何结构的输运：（i）体的面内输运;（ii）拓扑边缘状态沿着具有体隙的纳米取向的输运;（iii）手性边缘状态沿着畴壁的输运。采用紧束缚模型，考虑了（反）铁磁交换场、Hubbard相互作用和（或）自旋-轨道耦合。对于第一种自旋阀结构，Hubbard相互作用增大了体材料的有效带隙，从而提高了自旋阀对反铁磁交换场的敏感性。对于第二类和第三类自旋阀几何结构，具有自旋-轨道耦合的不同类型异质结构的拓扑相图作为设计自旋阀的指南。Hubbard相互作用和自旋-轨道耦合的同时存在，可以增大体相的拓扑能隙，改善不同拓扑数区域畴壁处手征边缘态的质量.
2019-03-24 cond-mat.mes-hall
