Spin accumulation created electrically in an n-type germanium channel using Schottky tunnel contacts
利用高质量的Fe $_{3}$ Si/ $n^{+}$ -Ge肖特基隧道势垒接触，研究了$n$型锗（$n$ -Ge）沟道中的自旋积累.在三或两个端电压测量与低偏置电流条件下，在50 K，汉勒效应信号被清楚地检测到只有在正向偏置接触。这些是在$n$ -Ge通道中产生的自旋积累的电检测的可靠证据。在50 K下，$n$ -Ge的自旋寿命比最近报道的$n$ -Si的自旋寿命短一个数量级.自旋信号的大小不能用常用的自旋扩散模型来解释。我们讨论了实验数据和理论值之间的差异的可能来源。
2011-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin injection and detection in lanthanum- and niobium-doped SrTiO3 using the Hanle technique
半导体中自旋极化载流子的注入和探测是研究新型自旋电子器件的重要课题。在这里，我们报告的电注入和检测自旋极化载流子到铌掺杂钛酸锶（STO）单晶和La掺杂STO外延薄膜使用MgO隧道势垒和三端Hanle技术。自旋寿命高达~100 ps的测量在室温下和变化不大，因为温度降低到低温。然而，STO的迁移率具有很强的温度依赖性。这种行为和自旋寿命的载流子掺杂依赖性表明，自旋寿命是有限的自旋相关的散射在MgO/STO界面，可能与掺杂诱导的Ti 3+的形成。我们的研究结果揭示了一个严重的局限性的三端Hanle技术测量自旋寿命内的主题材料的内部。
2013-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A two-terminal spin valve device controlled by spin-orbit torques with enhanced giant magnetoresistance
我们报告的电流诱导自旋轨道转矩和巨磁阻在一个单一的设备，以实现全电写入和读出的磁化相结合。该器件由垂直磁化的TbCo和Co层组成，由Pt或Cu间隔物隔开。通过这样的层的电流注入施加自旋轨道转矩和切换的Co层的磁化，而TbCo磁化保持固定。随后的电流注入较低的幅度感测的Co和TbCo层的磁化的相对取向，这导致在两个不同的电阻水平的平行和反平行对齐由于电流在平面内的巨磁阻效应。我们进一步表明，包括一个单一的TbCo/间隔层/Co三层的器件的巨磁电阻可以提高从0.02%到6%，通过使用铜间隔层代替Pt。这种类型的设备提供了一个替代路线的两端自旋电子存储器，可以与适度的努力制造。
2021-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hot-electron effect in spin relaxation of electrically injected electrons in intrinsic Germanium
利用动力学自旋布洛赫方程，对本征锗中电注入电子自旋弛豫过程中的热电子效应进行了解析和数值研究。结果表明，在$E\lesssim 0.5$ ~kV/cm的弱电场区，我们的计算与最近的自旋注入组态输运实验有合理的一致性[Phys. Rev. Lett. { \bf 111}，257204（2013）]。结果表明，在弱电场$E\lesssim 50$ ~V/cm存在下，自旋弛豫在低温下显著增强，这是由于弱的电子-声子相互作用引起的明显的质心漂移效应，而热电子效应的影响较小.这可以解释实验观察与先前理论计算[Phys. Rev. B { \bf 86}，085202（2012）]之间的差异，其在低温下偏离实验结果约两个数量级。它进一步表明，在强电场制度与$0.5\lesssim E \lesssim 2$ ~kV/cm，自旋弛豫增强由于热电子效应，而漂移效应被证明是边际。最后，我们发现当$1.4 \lesssim E\lesssim 2$ ~kV/cm处于强电场区域时，一小部分电子（$\lesssim 5\%$）可以从L谷被驱动到$Γ$谷，并且在没有杂质的本征样品中，$Γ$和L谷的自旋弛豫速率是相同的.由于$Γ$谷区的自旋动力学对整个系统的影响可以忽略不计，因此可以用标准的直接光学跃迁方法从$Γ$谷区测量L谷区的自旋动力学。
2015-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit-torque magnetization switching of a three terminal perpendicular magnetic tunnel junction
本文报道了三端垂直磁性隧道结的自旋-轨道力矩电流感生磁化翻转和隧道磁电阻效应读出。该器件由Ta电流线顶部的垂直Ta/FeCoB/MgO/FeCoB叠层组成。底部FeCoB层的磁化可以通过在存在面内偏置磁场的情况下在Ta层中注入密度为$5\times10^{11}$ A/m $^2$的电流脉冲来可再现地切换，从而导致TMR信号的满量程变化。我们的工作证明了一个垂直自旋轨道力矩磁存储单元的概念。
2013-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature Electron Spin Transport in a Highly Doped Si Channel
我们报告的第一个演示产生的自旋电流和自旋输运在高掺杂的Si沟道在室温下（RT）使用四端横向设备与自旋注入器和检测器组成的Fe/MgO隧道势垒。使用非局域技术产生自旋电流，并在300 K下成功地检测到自旋注入信号和Hanle型自旋进动，从而证明了自旋注入消除了伪信号。用Hanle型自旋旋进估算了自旋扩散长度为0.6 μ m，室温寿命为1.3 ns.
2011-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Probing energy barriers and quantum confined states of buried semiconductor heterostructures with ballistic carrier injection: An experimental study
一个三端光谱，探测两个亚表面的能垒和带间的光学跃迁在半导体异质结构的演示。研究了一种以InAs/GaAs量子点为集电极的单极性p型半导体金属基区晶体管。利用少/多载流子注入、弹道电子发射谱和热载流子散射谱分别测量了Al_xGa_（1-x）As埋层导带和价带的势垒高度，从而确定了Al_（0.4）Ga_（0.6）As的带隙为2.037 ± 0.009 eV（9 K）。在正向集电极偏压下，注入具有亚带隙动能的少数载流子引起带间电致发光。三个发射峰从InAs量子点，InAs润湿层，和GaAs观察一致的少数载流子注入。
2007-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An investigation of the inverted Hanle effect in highly-doped Si
利用Si自旋阀，在室温下实现了自旋输运，实验研究了Si中出现的反转Hanle效应的物理机制。即使使用相同的铁磁电极，在非局部4端方案中也没有观察到反汉勒相关信号，而在非局部3端方案中检测到该信号。虽然反向汉勒效应的起源一直被认为是归因于铁磁电极下的界面粗糙度，我们的发现是与传统的解释不一致。更重要的是，我们报告说，有两个不同的Hanle信号在一个非本地的3端计划，其中之一对应于反转Hanle信号，但另一个归因于自旋输运。这些结果强烈地表明：（1）关于反转Hanle效应的起源还有讨论的空间;（2）在非局域四端方案中实现自旋输运对于进一步理解Si中的自旋注入、自旋输运和自旋相干是必不可少的。我们的新发现提供了一个新的和强有力的平台，引发讨论的物理本质Hanle相关的自旋现象。
2012-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature spin transport in n-Ge probed by four-terminal nonlocal measurements
我们演示了在室温下使用四端非局域自旋阀和Hanle效应测量在具有Heusler合金肖特基隧道接触的横向自旋阀（LSV）器件中的$n$型Ge（$n$-Ge）中的电自旋注入和检测。所用Ge层（$n \sim$ 1 $\times$ 10 $^{19}$ cm $^{-3}$）在296 K下的自旋扩散长度（$λ$ $_{\rm Ge}$）估计为$\sim$ 0.44 $\pm$ 0.02 $μ$ m。对于具有相对低的电阻-面积积（$RA$）值（$\le$ 1 k $Ω$ $μ$ m $^{2}$）的LSV，可以在低偏置电压范围（$\le$ 0.7 V）下可再现地观察到室温自旋信号。这意味着这里使用的肖特基隧道接触比铁磁体/MgO隧道接触（$RA \ge$ 100 k $Ω$ $μ$ m $^{2}$）更适合于开发Ge自旋电子应用。
2017-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical expression of spin accumulation in ferromagnet/semiconductor structures
我们将通过铁磁金属/半导体肖特基势垒的自旋注入和提取视为量子散射问题。这使得该理论能够解释一些涉及通过肖特基势垒的自旋相关电流的现象，特别是由于最近实验中看到的电流提取而导致的半导体中的反直觉自旋极化方向。这种现象的一个可能的解释涉及到考虑到自旋相关的非弹性散射通过界面区域中的束缚态。通过界面的自旋输运的量子力学处理耦合在相邻介质中的半经典描述的运输，在其中，我们考虑到在实验中使用的平面几何中沿界面的面内自旋扩散。该理论形成了计算多终端系统中自旋相关电流的基础，该系统由具有许多铁磁接触的半导体沟道组成，其中由自旋注入/提取产生的自旋累积可以通过电气手段有效地感测。三端系统可以用作磁存储器单元，其中信息位编码在其中一个触点的磁化中。使用五个端子，我们构建了一个可重新编程的逻辑门，其中逻辑输入和功能被编码在四个端子的磁化中，而第五个端子的电流给出了操作的结果。
2007-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dipolar Switching of Charge-Injection Barriers at Electrode/Semiconductor Interfaces as a Mechanism for Water-Induced Instabilities of Organic Devices
提出了一种与电极接触相关的有机电子器件工作不稳定性的机制，并通过观察在电极/有机半导体界面处的电荷注入势垒的水诱导变化来证实。空气中的水分子通过扩散渗透到有机晶体中，并且外部电场使水分子的电偶极子在电极表面取向，导致电荷注入势垒高度的偶极切换。作为开关的结果，两端Au-rubrene-Au器件的电流-电压曲线从对称变为不对称，表现出二极管式整流和二极管极性的可逆开关。该器件在3 V的开关电压下显示出最高的电流开关比267，对应于>144 meV的电极功函数变化。本文提出的机制将是重要的，特别是短沟道有机器件，这是必不可少的应用，如有机集成电路。
2020-01-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Single-shot dynamics of spin-orbit torque and spin transfer torque switching in three-terminal magnetic tunnel junctions
电流感生自旋转移力矩（STT）和自旋轨道力矩（SOT）使得非易失性磁性随机存取存储器中的磁性隧道结（MTJ）能够电切换。为了开发更快的存储器器件，需要改进电流驱动磁化动态下的时间尺度。在这里，我们报告的全电时间分辨测量由SOT驱动的三端MTJ器件的磁化反转。电流注入过程中的MTJ电阻的单次测量显示，SOT开关涉及一个随机的两步过程，包括域成核时间和传播时间，这具有不同的成因，时间尺度，和统计分布相比，STT开关。我们进一步表明，SOT，STT，和电压控制的磁各向异性（VCMA）的组合导致可再现的子ns开关的累积开关时间小于0.2 ns的扩展。我们的测量揭示了SOT，STT和VCMA在确定MTJ器件的开关速度和效率方面的综合影响。
2020-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical spin injection, transport, and detection in graphene-hexagonal boron nitride van der Waals heterostructures: progress and perspectives
目前石墨烯自旋电子学的研究致力于在石墨烯中实现长的自旋寿命以及有效的自旋注入和检测。在这篇文章中，我们回顾了六方氮化硼（hBN）是如何演变为一个关键的衬底，作为一个封装层，并作为一个隧道势垒的操纵和控制的自旋寿命和自旋注入/检测极化在石墨烯自旋阀设备。首先，我们概述了由于传统的SiO $_2$衬底在石墨烯中的自旋输运所面临的挑战，然后是基于hBN的石墨烯异质结构所取得的进展。然后，我们详细讨论了使用传统的氧化物隧道势垒自旋注入石墨烯的缺点和发展，然后介绍了最近的进展，在使用晶体单层/双层/三层hBN隧道势垒的改进的自旋注入和检测，这也可以促进两端自旋阀和汉勒测量，在室温下，是技术的重要性。一个特殊的情况下，偏置引起的自旋极化的剥离和化学气相沉积（CVD）生长的hBN隧道势垒的接触进行了讨论。此外，我们给出了我们对利用石墨烯-hBN异质结构在石墨烯自旋电子学的未来发展的看法。
2017-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comment: "Electrical injection and detection of spin accumulation in silicon at 500 K with magnetic metal / silicon dioxide contacts" [Nature Commun. 2:245 doi:10.1038/ncomms125 (2011)]
在最近的一篇出版物中，我们使用三端几何结构中的铁磁金属/ SiO2隧道势垒接触，在高达500 K的温度下演示了n型硅中的电自旋注入和检测（Nature Commun. 2：245 doi：10.1038/ncomms125（2011））。在将我们测量的自旋电压信号与理论预测的值进行比较时，我们遵循Tran等人的分析（Phys. Rev. Lett. 102，036601（2009）），并且无意中传播了其中发现的错误。正如他们在最近的勘误表（arXiv：0810.4770v2）中所指出的，对于自旋扩散长度LSD远小于接触宽度或沟道厚度（我们的实验情况）的样品，自旋电阻面积乘积的正确表达式由乘积{gamma}^2 {rho} LSD给出，其中{gamma}是隧穿自旋极化，{rho}是半导体输运沟道的电阻率。通过这种校正，我们测量的自旋电压比理论预测的要大得多，而不是像我们所说的那样很好地一致。我们强调，我们的论文的基本结论是相同的-系统的电子自旋寿命随着电子密度的增加而减少，这表明自旋积累在Si沟道中，而不是在界面态中。我们进一步表明，所测量的自旋寿命基本上是独立的隧道势垒材料（SiO2，Al 2 O3，MgO）或所使用的磁性金属（Fe，CoFe，NiFe），表明明确的相关性所测量的自旋寿命与Si的字符，并与隧道势垒/界面或磁性金属的相关性不大。
2011-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Electrical spin injection in p-type Si using Fe/MgO contacts
我们报道了在室温下用外延MgO（001）隧道势垒和Fe（001）电极在p型Si中成功地电产生自旋极化。反射高能电子衍射观察表明，外延Fe/MgO（001）隧道接触可以生长在（2 × 1）重建的Si表面上，而隧道接触生长在（1 × 1）Si表面上的多晶。透射电子显微镜图像显示出更平坦的界面相比，多晶结构的外延Fe/MgO/Si。对于Fe/MgO/p-Si器件，在300 K时，采用三端结构，观察到了Hanle效应和反转Hanle效应，证明了Si在室温下可以诱导自旋极化.对于具有多晶和外延MgO隧道接触的样品，从Hanle曲线的宽度推导出的有效自旋寿命分别为95 +/-6ps和143 +/- 10 ps。观察到的差异可以定性地解释为局部磁场引起的较大粗糙度的界面的多晶样品。具有外延Fe/MgO隧道接触的样品显示出更高的自旋积累幅度，相对于偏置极性具有几乎对称的行为，而多晶MgO样品则表现出相当不对称的演变。这可能归因于外延Fe/MgO（001）隧道接触的更高程度的自旋极化，其充当自旋过滤器。我们的实验结果表明，外延MgO势垒有利于在Si中产生自旋。
2012-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Information Processing with Pure Spin Currents in Silicon: Spin Injection, Extraction, Manipulation and Detection
我们证明了信息可以在硅中用纯自旋电流传输和处理。Fe/Al 2 O3隧道势垒接触用于在硅中产生显著的电子自旋极化，产生在充电电流路径之外流动的自旋电流。（a）通过切换Fe接触的磁化，（b）通过改变Fe/Al 2 O3上的偏压的极性，（注入器）接触，这使得能够在Si中产生多数或少数自旋布居，提供了一种在不改变接触本身的磁化的情况下电操纵注入的自旋取向的方式，以及（c）通过施加小的垂直磁场来诱导自旋进动。通过电提取的自旋极化与通过更常见的电自旋注入实现的自旋极化一样有效。平面硅三端器件的输出特性与非易失性巨磁电阻金属自旋阀结构的输出特性非常相似
2009-06-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electrical injection and detection of spin accumulation in Ge at room temperature
我们将自旋极化电子从Fe/MgO隧道势垒接触注入到n型Ge（001）衬底中，电子密度为2 e16 < n <8 e17 cm-3，并使用三端Hanle测量电检测所产生的自旋积累。我们观察到显着的自旋积累在Ge到室温。我们观察到旋进退相的自旋积累（Hanle效应）在一个外加磁场的正向和反向偏置（自旋提取和注入），并确定自旋寿命和相应的扩散长度的温度为225 K至300 K。随着电子浓度的降低，室温自旋寿命从τs = 50 ps增加到123 ps，这与体锗的电子自旋共振工作所预期的一致。测量的自旋电阻面积产品是在良好的协议与理论预测的值与载流子密度低于金属-绝缘体转变（MIT）的样品，但100倍以上的MIT的样品。这些数据表明，测量的自旋积累发生在Ge中，虽然掺杂剂衍生的界面或带态可能会提高MIT以上的测量的自旋电压。我们估计Ge中的极化在1%的量级上。
2012-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature evolution of spin accumulation detected electrically in a nondegenerated silicon channel
本文研究了在非简并硅沟道中利用三端Hanle效应测量得到的自旋积累信号的温度演化。我们发现自旋提取和自旋注入条件之间的温度依赖的自旋信号的明显差异。在具有低偏置电流的自旋注入条件下，尽管温度升高，自旋信号的幅度仍可以增强。对于温度相关的自旋信号的解释，重要的是要考虑的自旋检测的灵敏度在肖特基隧道势垒接触除了在Si中的自旋扩散。
2012-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Local magnetoresistance in Fe/MgO/Si lateral spin valve at room temperature
本文报道了二端结构的室温局域磁电阻效应。通过采用1.6 nm厚的MgO隧道势垒，增加了自旋注入效率，导致大的非局域磁电阻。在室温下的非本地磁阻的大小估计为0.0057欧姆。结果，即使在室温下，在局部磁阻测量中也观察到清晰的矩形信号。我们也借由分别测量每个接点的自旋累积电压来探讨局部磁电阻的起源。
2014-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant enhancement of spin detection sensitivity in (Ga,Mn)As/GaAs Esaki diodes
我们调查的自旋信号之间的相关性测量在三端（3 T）的几何形状的Hanle效应和自旋积累产生的半导体沟道中的横向（Ga，Mn）As/GaAs江崎二极管器件。我们系统地比较测量使用3 T配置，探测自旋积累直接下方的注入接触，从非本地测量的结果，其中仅自旋积累在GaAs沟道探测。我们发现，在3 T配置中检测到的自旋信号是由偏置依赖的自旋检测灵敏度，这反过来又是强烈相关的电荷传输特性的结。这导致在增加的微分电阻的区域中检测到的自旋信号的特别强的增强。我们还发现，通过局域态（LS）在（Ga，Mn）As的间隙中的两步隧穿不损害自旋注入到半导体导带。
2013-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field control of spin accumulation signals in silicon at room temperature
我们演示了在室温下，在一个金属氧化物半导体场效应晶体管结构的Si沟道和CoFe/ $n^{+}$ -Si接触的栅极电压控制的自旋积累信号。在施加背栅电压的情况下，我们清楚地观察到三端汉勒效应信号，即，自旋累积信号。自旋累积信号的幅度可以随着栅极电压的增加而减小。我们认为，栅控自旋信号是由于CoFe/ $n^{+}$ -Si接触下Si沟道中载流子密度的变化引起的。这一研究不仅是硅基自旋电子器件应用于栅结构的技术飞跃，而且为室温下半导体硅沟道中的自旋注入提供了可靠的证据。
2011-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
