Spintronics in half-passivated graphene
在这篇论文中，我提出了一种实用的方法来稳定半钝化石墨烯（graphone）。我表明，在石墨烯上的六方氮化硼（h-BN）衬底诱导的偶极矩稳定的氢原子的石墨烯层的一个子晶格上，并抑制吸附的氢原子的迁移。我还提出了h-BN的衬底效应，减少了石墨烯的钝化引起的畸变，并稳定了半钝化石墨烯在一个单一的子晶格。然后利用自旋极化密度泛函方法研究了石墨烯的磁性。结果表明，该体系具有不同的磁序，根据加入原子的类型，磁序可以用超交换机制或双交换机制来描述。由于钝化引起的屈曲，石墨烯的杂化从$sp^2$-型杂化变为$sp^3$ -型杂化。杂化和附加原子轨道的变化引起了相当大的自旋轨道耦合（SOC）。基于第一性原理自旋极化态密度的计算，我表明，在不同的石墨烯/h-BN异质结构中获得的石墨烯呈现半金属态。我建议将这种奇异的材料用于自旋阀系统和其他自旋电子器件。
2016-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic dielectric- graphene- ferroelectric system as a promising non-volatile device for modern spintronics
研究了磁介质（EuO）-石墨烯沟道-铁电衬底体系的导电性.磁性电介质通过在石墨烯中诱导能隙并使其相对于自由电子自旋不对称来局部地变换石墨烯的能带谱。在适当的和初始的铁电体的薄膜中可以容易地实现的自发极化范围（2- 5）mC/m2正在被检查。证明了如果石墨烯沟道中的费米能级属于其中由EuO修饰的石墨烯带谱变得急剧自旋不对称的能量区间，则这样的器件可以是理想的非挥发性自旋过滤器。费米能级的控制（例如，通过改变铁电极化的温度）可以将自旋过滤器转换为自旋阀。
2019-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio theory of graphene-iron(II) phthalocyanine hybrid systems as scalable molecular spintronics
石墨烯-过渡金属酞菁（G-MPc）杂化体系构成了用于密集堆积的单分子磁体（SMM）的有前途的平台。在这里，我们选择了酞菁铁（FePc），并采用密度泛函理论研究其与原始和有缺陷的石墨烯层的相互作用。我们的计算表明，通过适当的脱氢的苯环的FePc分子的吸附到石墨烯是有利的。通常，石墨烯层上锚定位点（即点缺陷）的存在另外促进FePc的吸附，从而允许实现每单位面积的高密度SMM。结合群论，配位场分裂，和计算PBE 0 Kohn-Sham本征值谱，我们解决了电子结构和预测的自旋状态，孤立的FePc和G-FePc混合系统。无论吸附位点和从FePc的苯环上去除的氢原子的数量如何，SMM的磁矩相对于游离FePc保持不变。这些结果应该介导致密堆积的G-MPc系统的成功合成，并且可以在设计用于自旋电子学应用的可扩展的石墨烯- SMMs系统中开辟新的途径。
2020-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological surface state under graphene for two-dimensional spintronics in air
在存在Rashba型自旋-轨道耦合的情况下，半导体异质结构中的电场可以产生允许无耗散信息传输的自旋电流。最大的Rashba效应发生在金属的电子表面态，但这些不能存在，但在真空条件下。在这里，我们揭示了Ir（111）表面态的巨大Rashba效应（α R ~ 1.5E-10 eVm）。我们证明，它的自旋分裂和自旋极化保持不受影响时，铱覆盖石墨烯。石墨烯保护又足以使自旋分裂表面状态在环境大气中存活。我们讨论了这一结果与证据的拓扑保护的表面状态。
2011-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origami-based spintronics in graphene
我们发现，周期性折叠的石墨烯片增强的自旋-轨道相互作用，由于曲率效应可以携带自旋极化电流，并在弱磁场的存在下，在电子光谱中的间隙。我们的研究结果表明，这种折纸状结构可以有效地用于自旋电子学应用。
2013-08-14 cond-mat.mes-hall
Colloquium: Spintronics in graphene and other two-dimensional materials
在石墨烯中自旋输运的第一次明确证明之后（Tombros等人，2007），令人惊讶的是，在室温下，人们很快意识到这种新材料与基础自旋电子学和未来应用都相关。在此后的十年中，令人兴奋的结果使石墨烯自旋电子学领域蓬勃发展，第二代研究已经扩展到新的二维（2D）化合物。本次学术讨论会回顾了石墨烯和相关二维材料中电子自旋输运的最新理论和实验进展，重点关注范德华异质结构中的涌现现象及其提供的新视角。这些现象包括邻近使能的自旋轨道效应、电子自旋与光的耦合、电可调谐性和2D磁性。
2020-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Lithium doped graphene as spintronic devices
产生自旋电子器件一直是纳米科学的目标。我们利用密度泛函理论确定了单层和双层锂掺杂石墨烯纳米片的磁相。我们已经介绍了石墨烯薄片作为单分子磁体，自旋开/关开关和自旋电子存储器件。为了实现这一目标，在掺杂剂和第二层的存在下，吸附能，自旋极化，电子间隙，磁性和自旋极化状态的鲁棒性进行了研究。我们发现，对于两层不同尺寸的双层自组装膜，最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道在层间发生了切换。基于双层石墨烯SMM中分子轨道的这种切换，可以实现自旋开/关开关和自旋电子存储器件。
2015-12-08 cond-mat.mes-hall
Spintronics with graphene quantum dots
由于其固有的保持自旋相干性的能力，石墨烯是自旋电子学的主要材料。在这篇综述文章中，我们总结了最近的成就，在石墨烯量子点自旋电子学和材料科学的角度来看，激励这一领域。我们专注于理论，但也讨论最近的实验。自旋退相干的主要来源是与晶格激发的相互作用和与当前核自旋的超精细相互作用。我们详细解释了有效的自旋-声子耦合，并给出了自旋弛豫时间T1随磁场变化的一般幂律。对于特定的情况，我们详细讨论自旋弛豫。海森堡交换相互作用对于相干自旋量子比特操作是至关重要的，并且在石墨烯纳米薄片中的磁性的背景下被解决。可以通过几种方法来考虑宿主和周围材料中的核自旋，并且已经详细研究了13 C核的影响。一般自旋电子学和石墨烯器件制造的令人印象深刻的进展可能会在不久的将来引发石墨烯量子点自旋电子学的重大进展。
2015-07-28 cond-mat.mes-hall
Quasi-Ferromagnet Spintronics in Graphene Nanodisk-Lead System
锯齿形石墨烯纳米盘可以被解释为具有内部自由度的量子点。这是很好地描述了无限程海森堡模型。我们研究了它的结晶特性。在准铁磁态和准顺磁态之间存在准相变，表现为比热和磁化率的尖峰。我们还分析了当两个引线连接到纳米盘上时，晶体特性是如何受到影响的。结果表明，铅效应描述的多自旋近藤哈密顿量。比热出现一个新的峰值，基态的多重数变为无铅体系的一半。另一个铅效应是增强铁磁有序。作为铁磁体，纳米盘可以用作自旋过滤器。此外，由于弛豫时间是有限的，因此可以通过外部自旋电流来控制纳米盘的自旋。然后，我们提出了各种各样的自旋电子器件的纳米盘和铅，如自旋存储器，自旋放大器，自旋阀，自旋场效应晶体管，自旋二极管和自旋逻辑门，如自旋异或门和自旋异或门。石墨烯纳米盘很可能是未来纳米电子和自旋电子器件的基本组成部分。
2009-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spintronic devices from bilayer graphene in contact to ferromagnetic insulators
石墨烯基材料由于其潜在的大自旋相干长度而显示出自旋电子学应用的前景。另一方面，由于它们的小的内在自旋-轨道相互作用，需要外部磁源来执行自旋操纵。由于石墨烯的平坦性质，与铁磁绝缘体（FI）表面的邻近相互作用似乎是将磁性引入石墨烯的自然方式。利用双层石墨烯与FI耦合的独特的电子性质，我们表明，在实验可行性的参数范围内，可以设计出非常有效的门可调自旋旋转器和自旋过滤器。我们还分析了自旋场效应晶体管中两个自旋电子构建块的组成。
2011-11-21 cond-mat.mes-hall
Voltage-dependent spin flip in magnetically-substituted graphene nanoribbons: Toward the realization of graphene-based spintronic devices
我们研究了使用直接取代铬原子的石墨烯纳米带（GNRs）作为自旋电子器件的可能性。使用密度泛函理论，我们模拟了在一个设备设置，其中磁性二聚体已被取代到晶格中的构建GNR的电压偏置。通过这种第一性原理的方法，我们计算的电子和磁性的哈伯德U，电压和磁配置的函数。通过计算各磁位形的总能量，我们确定了初始反铁磁基态随外加偏压的变化而翻转到铁磁态。将该转变点映射到系统的计算电导揭示了通过GNR的电导有明显的变化，这表明自旋阀的可能性。我们还表明，这对应于石墨烯内的诱导磁化强度的明显变化。
2016-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spintronics with magnetic nanomolecules and graphene flakes
我们展示了如何有效地调节纳米物体的磁化。考虑了几种类型的纳米系统：磁性纳米分子，磁性纳米团簇，极化纳米分子和磁性石墨烯。这些纳米物体和由它们组成的结构具有许多共同的特性，主要区别在于粒子相互作用的类型。控制自旋动力学的可能性对于自旋电子学来说很重要。
2016-02-22 cond-mat.mes-hall
Nanostructured graphene for spintronics
石墨烯蜂窝结构的锯齿形边缘表现出磁极化，使得它们作为自旋电子器件的构建块具有吸引力。在这里，我们表明，锯齿形边缘的三角形antidots执行必要的自旋电子功能，如空间自旋分裂或自旋过滤的非极化传入电流的设备。通过优化结构可以获得接近完美的性能。器械性能对实质性紊乱具有稳健性。横向电阻的栅电压依赖性对于自旋极化和自旋非极化器件是定性不同的，并且可以用作诊断工具。重要的是，所建议的设备在当前技术中是可行的。
2017-03-21 cond-mat.mes-hall
Unified description of the Zitterbewegung for spintronic, graphene and superconducting systems
我们提出了一个统一的治疗Zitterbewegung现象的广泛的系统，包括自旋电子，石墨烯和超导系统。我们推导出一个明确的表达的准粒子的位置算子的时间依赖性，它可以被分解成一个平均部分和振荡项。后者对应于Zitterbewegung。为了将我们的结果应用于不同的系统，只需要使用向量代数而不是更复杂的算子代数。
2008-01-15 cond-mat.mes-hall
Symmetries of quantum transport with Rashba spin-orbit: Graphene spintronics
在具有Rashba自旋-轨道相互作用的平面器件中缺乏一些空间对称性，这使得在没有外部磁场或磁性杂质的情况下产生自旋极化电流成为可能。我们研究了电流的自旋极化方向如何与器件的空间对称性有关。作为这些关系的一个例子，我们数值研究了石墨烯纳米带中的自旋分辨电流。不同的配置进行了探索和分析，以证明石墨烯纳米片可以用作优良的自旋电子器件在全电设置。
2015-06-18 cond-mat.mes-hall
Unified Semi-Classical Description of Intrinsic Spin-Hall Effect in Spintronic, Optical, and Graphene Systems
本文提出了一种半经典的描述内禀自旋霍尔效应（SHE）的方法，它适用于广泛的一类系统。一个启发式的SHE模型的开发，从一个完全量子力学的处理，我们构建一个直观的表达自旋霍尔电流和电导率。我们的方法使透明的物理机制，驱动的效果，并统一的SHE跨几个自旋电子学和光学系统。最后，我们提出了一个类似的效果在双层石墨烯。
2009-03-16 cond-mat.mes-hall
Two-Dimensional Spintronic Circuit Architectures on Large Scale Graphene
基于利用电子自旋自由度存储和处理信息的固态电子学可以为下一代基于自旋的计算铺平道路。然而，实现多个设备之间的自旋通信在复杂的自旋电路的几何形状，为实际应用所必需的，仍然缺乏。在这里，我们展示了在室温下在SiO2/Si衬底上使用大面积CVD石墨烯的多个设备和配置组成的二维（2D）电路架构中的自旋电流传播。利用在Cu箔上生长的可商购的晶圆级石墨烯中达到34 μm的显著自旋输运距离，我们证明了自旋电流可以在Y结和Hexa-arm架构的2D电路中的石墨烯沟道中的磁存储元件之间有效地通信。我们进一步表明，通过设计石墨烯通道和铁磁元件在不同的几何角度，对称和反对称分量的Hanle自旋进动信号可以显着控制。这些发现为设计复杂的2D自旋电子电路奠定了基础，这些电路可以集成到基于纯自旋电流传输的高效电子器件中。
2020-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spintronics in 2D graphene-based van der Waals heterostructures
本文综述二维石墨烯基范德华异质结构中的自旋电子学，聚焦邻近效应诱导的自旋轨道耦合及自旋-电荷转换机制，为该领域提供原理、理论与实验方法概述。
2025-04-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spintronics and Pseudospintronics in Graphene and Topological Insulators
用无质量Dirac方程描述了石墨烯和拓扑绝缘体中的二维电子系统。虽然这两个系统具有相似的哈密顿量，但它们在自旋轨道耦合强度方面是极性相反的。我们简要回顾了在石墨烯中实现长自旋弛豫时间的努力，其弱自旋轨道耦合，并实现大电流诱导的自旋极化的拓扑绝缘体表面状态，具有强自旋轨道耦合的状态。我们还评论了两个系统的磁响应和稀矩耦合特性之间的差异，以及双层石墨烯中巨磁电阻的赝自旋模拟。
2013-08-15 cond-mat.mes-hall
Hydrogenated Graphene Nanoribbons for Spintronics
我们展示了石墨烯纳米带在小浓度下的氢化如何为碳基自旋电子学应用开辟新的途径，无论纳米带的任何特定边缘终止或钝化。密度泛函理论计算表明，吸附的H原子诱导周围的$π$轨道上的自旋密度的对称性和本地化程度取决于到纳米取向边缘的距离。正如预期的石墨烯为基础的系统，这些诱导的磁矩相互作用的铁磁或反铁磁依赖于相对吸附石墨烯亚晶格，但相互作用的幅度被发现强烈变化的H原子相对于边缘的位置。我们还计算了，与哈伯德模型的帮助下，氢化扶手椅型半导体石墨烯纳米带在稀释制度的输运性质，并显示如何在新的磁阻器件的设计中可以利用H原子之间的交换耦合。
2010-01-08 cond-mat.mes-hall
Oxygen-induced Fe surface segregation at the $L1_0$-FePd(001)/graphene heterointerface for spintronics devices: a first-principles study
Kobe University（神户大学）；ENS Paris-Saclay（巴黎萨克雷高等师范学院）；The University of Tokyo（东京大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）；Nagoya University（名古屋大学）
研究 $L1_0$-FePd(001)/石墨烯异质界面，用密度泛函理论计算发现真空中钯终止表面更稳定不利于石墨烯吸附，氧气气氛下铁终止表面因铁 - 氧键稳定，与XPS测量相符，利用此机制可制造高质量异质界面用于纳米器件。
2026-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monopole and Topological Electron Dynamics in Adiabatic Spintronic and Graphene Systems
提出了一种统一的理论处理来描述半导体和石墨烯系统中的电子动力学物理。电子自旋与塞曼磁场（物理的或有效的）的快速对齐被视为绝热自旋演化的一种形式，它必然会在磁空间中产生自旋。人们可以将这种磁场变换成有用动量（K）或实空间（R）中的物理和直观的拓扑磁场。与自旋霍尔、转矩、振荡和其他技术上有用的旋量效应相关的电子动力学物理可以从自旋电子、石墨烯和其他SU（2）系统中的拓扑磁场中推断出来。
2009-01-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Proximity-induced diversified magnetic states and electrically-controllable spin polarization in bilayer graphene: Towards layered spintronics
与单层石墨烯相比，Bernal堆叠的双层石墨烯（BLG）中的电子具有额外的层自由度，这为在邻近感生磁性的帮助下开发{ \it层状自旋电子学}提供了平台。基于一个有效的唯象模型，我们系统地研究了这种磁性对费米能级附近自旋相关的能带结构的影响，并确定了BLG中由接近磁体引起的磁相.我们表明，自旋极化可以在BLG由于这种邻近效应。这种自旋极化强烈地依赖于磁性的层分布，并且总是可以通过使自旋相关的带边移位并且修改总带隙的栅极电压来控制。我们进一步表明，带自旋极化可以修改的邻近诱导的交错子晶格势。通过充分利用BLG中的层相关磁性，我们提出自旋过滤器、巨磁阻器件和自旋二极管等自旋电子器件可以在全电控下工作，这比普通的磁场控制更容易。
2022-09-25 cond-mat.mes-hall
Spin polarised quantised transport via one-dimensional nanowire-graphene contacts
本文通过磁性纳米线与石墨烯的一维接触，首次实现自旋极化载流子的弹道注入，观察到无磁场下的量子化电导及量子霍尔转变，为弹道自旋电子学奠定基础。
2025-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene bilayer and trilayer Moiré lattice with Rashba spin-orbit coupling
我们考虑扭曲的双层和三层石墨烯在Rashba自旋轨道耦合的存在下，并探讨摩尔自旋电子学的物理。电子电荷密度在魔角$θ_m$处有一个陡峭的台阶。结果，局部自旋观测值（极化和平衡自旋电流）具有作为扭转角$θ$的函数的尖峰（宽度约为1 $^\circ$的一小部分），以及在$θ_m$处的突然符号反转。因此，可以以前所未有的精度确定魔角。在第一手征极限，自旋电流消失，但在$θ_m$的特殊模式的极化仍然存在。与单层和/或{ \it非扭曲}双层石墨烯的自旋电子学相比，扭曲双层石墨烯在魔角处的自旋电子学的主要差异。因此，除了已经报道的在魔角扭曲双层石墨烯中的许多壮观的物理现象之外，在双电子自旋电子学中也出现了新的现象。
2022-07-27 cond-mat.mes-hall
Spintronic Quantum Phase Transition in a $Graphene/Pb_{0.24}Sn_{0.76}Te$ Heterostructure with Giant Rashba Spin-Orbit Coupling
本文通过非局域自旋阀测量与 DFT 计算，揭示石墨烯/Pb0.24Sn0.76Te 异质结构中巨型 Rashba 效应导致的自旋-动量锁定及约 40 K 的 Lifshitz 相变。
2023-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spintronic properties of one-dimensional electron gas in graphene armchair ribbons
利用有效质量方法（EMA）研究了石墨烯扶手椅带中一维电子气在电子只占据最低传导子带时的磁性.我们发现，一维电子气的磁性可能敏感地依赖于带的宽度。对于带宽度$L_x=3Ma_0$，临界点将铁磁态和顺磁态分开，而对于$L_x=(3M+1)a_0$，顺磁态是稳定的（$M$是整数，$a_{0}$是晶胞的长度）。这些宽度相关性质是本征态的结果，本征态具有$\mathbf{K}$和$\mathbf{K'}$态的微妙宽度相关混合，并且可以通过检查多体交换自能表达式中出现的波函数重叠来理解。铁磁和顺磁状态可以用于自旋电子学目的。
2012-09-17 cond-mat.mes-hall
Proximity Effect of Epitaxial Iron Phthalocyanine Molecules on High-Quality Graphene Devices
在石墨烯上沉积磁性绝缘体是通过交换邻近相互作用在石墨烯中引入磁性以用于未来自旋电子学应用的有希望的途径。基于分子的磁体由于其合成的多功能性而可能提供独特的机会。在这里，我们研究了外延铁酞菁（FePc）分子的磁邻近效应的高品质的单层和双层石墨烯器件上的六方氮化硼衬底，通过探测本地和非本地输运。虽然FePc分子引入了大空穴掺杂效应和迁移率下降，但磁性邻近在单层石墨烯中的磁场下产生了倾斜的反铁磁状态。在双层石墨烯和FePc异质结构器件上，非局域输运揭示了明显的塞曼自旋霍尔效应。在双层散射机制的进一步分析表明，占主导地位的长程散射。我们在石墨烯/有机磁性绝缘体异质结构中的发现为在二维自旋电子器件中使用分子基磁体提供了新的见解。
2021-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Disorder-based graphene spintronics
使用电子的自旋作为最终的逻辑位--在所谓的自旋电子学中--可以导致一种思考信息流的新方法。与此同时，单层石墨烯由于其基本性质以及在纳米电子学中的潜在应用而成为激烈研究的主题。虽然缺陷可以显着改变纳米系统的电子特性，但缺乏控制可能会导致此类杂质的随机排列产生看似有害的影响。在这里，我们证明，使用{ \it ab initio}密度泛函理论和非平衡格林函数计算，它是可能的，以获得完美的自旋选择性掺杂石墨烯纳米带，以产生一个完美的自旋过滤器。我们表明，最初未极化的电子进入系统引起100%的极化的电流由于随机无序。这种效果是解释在不同的本地化长度为每个自旋通道，连同众所周知的指数依赖性的电导的长度上的设备导致一个新的机制的自旋过滤效果，增强了无序。
2009-07-28 cond-mat.mes-hall
Hanle effect missing in a prototypical organic spintronic device
我们研究了典型的有机自旋电子巨磁电阻（GMR）器件La0.7Sr0.3MnO3（LSMO）/tris（8-hydroxyquinoline）（Alq 3）/AlOx/Co中的自旋进动（Hanle效应）。在从器件平面以不同角度扫描磁场的测量中没有观察到Hanle效应。作为可能的解释，我们讨论了倾斜出平面的磁化的电极，异常高的流动性或热点。我们的研究结果要求更好地了解自旋注入和运输在这样的设备。
2012-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Relaxation in Single Layer Graphene with Tunable Mobility
石墨烯是自旋电子学的一种有吸引力的材料，这是由于低自旋轨道和超精细耦合产生的长自旋寿命的理论预测。然而，在实验中，通过Hanle效应测量的单层石墨烯（SLG）的自旋寿命比理论上预期的要短得多。因此，SLG中自旋弛豫的起源是石墨烯自旋电子学的主要问题。尽管有大量的理论和实验工作来解决这个问题，但自旋弛豫的微观起源仍然很不清楚。通过使用有机配体结合的纳米粒子作为电荷库，调整迁移率在2700和12000 cm 2/Vs之间，我们成功地隔离了SLG中带电杂质散射对自旋弛豫的影响。我们的结果表明，虽然带电杂质可以大大影响迁移率，自旋寿命不受带电杂质散射。
2012-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Induced spin-orbit coupling in twisted graphene-TMDC heterobilayers: twistronics meets spintronics
我们提出了一个带间隧穿图来解释和预测石墨烯和单层过渡金属二硫属化物（TMDC）异质结构中诱导的自旋轨道耦合的层间扭曲角依赖性。根据TMDC能带结构参数和层间隧穿矩阵元，得到了一个简洁的诱导谷Zeeman和Rashba自旋轨道耦合的解析公式.我们参数化的隧道矩阵元素与几个参数，这在我们的形式主义是独立的层之间的扭曲角。我们估计现有的DFT计算在零扭转角的隧穿参数的值，我们用它们来预测在非零角度诱导的自旋-轨道耦合。假设石墨烯的狄拉克点的能量接近TMDC导带，我们预期在18度的扭转角附近诱导的自旋轨道耦合的急剧增加。
2019-05-21 cond-mat.mes-hall
Ferromagnetic CrBr$_3$-Induced Graphene Spintronics
本文提出一种由两层铁磁绝缘体CrBr$_3$夹持石墨烯双层的自旋阀原型，通过密度泛函理论计算发现反平行磁化构型在特定k点产生有限带隙，为自旋电子器件创新提供了新途径。
2025-11-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Novel Magnetic Materials for Spintronic Device Technology
本章探讨了新型磁性材料在自旋电子学中的关键作用，详细介绍了多种材料的性质、制备与表征方法，及其在存储、振荡器和类脑计算等领域的应用与未来发展方向。
2025-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pseudo spin-orbit coupling of Dirac particles in graphene spintronics
我们研究了石墨烯中的大量狄拉克粒子所经历的伪自旋轨道（SO）效应，与2DEG半导体异质结构中的粒子所经历的传统Rashba SO效应相比，这种效应可能具有更大的幅度。为了产生均匀的垂直赝SO场，我们提出了一种人工原子结构，它由石墨烯环和位于中心的带电纳米点组成，可以产生大的径向电场。在这种结构中，由于石墨烯中的小能隙和从带电纳米点发出的大的径向电场，可以通过加速环周围的狄拉克粒子来实现大的伪SO耦合强度。我们讨论了在介观应用中利用赝SO效应的理论可能性，例如赝自旋弛豫和开关。
2008-06-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin Filter, Spin Amplifier and Other Spintronic Applications in Graphene Nanodisks
石墨烯纳米盘是具有闭合边缘的石墨烯衍生物。尺寸为$N$的三角形锯齿形纳米盘具有$N$倍简并的零能态。纳米盘可以被交织成具有内部自由度的量子点。纳米盘的巨态被认为是一种准铁磁态，它是一种具有有限但很长寿命的类铁磁态。基于主方程，我们研究了纳米盘和导线组成的系统中的自旋过滤效应。自旋过滤器的有限尺寸效应是有趣的，这是由于入射电流的极化对准铁磁体的反应。利用Landau-Lifshitz-Gilbert方程分析弛豫过程，研究了非极化电流、完全极化电流、部分极化电流和脉冲极化电流四种输入电流对弛豫过程的影响。本文介绍了自旋电子学在自旋存储器、自旋放大器、自旋阀、自旋场效应晶体管和自旋二极管等方面的应用。
2008-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Half-Metallic Silicene and Germanene Nanoribbons: towards High-Performance Spintronics Device
通过第一性原理计算，我们预测了面内均匀电场可以在氢封端的锯齿形硅烯和锗烯纳米带（ZSiNRs和ZGeNRs）中诱导半金属性.双栅有限ZSiNR器件显示出高达99%的近乎完美的自旋过滤器效率，而四栅有限ZSiNR器件作为有效的自旋场效应晶体管（FET），从从头算量子输运模拟的开/关电流比超过100。这一发现为硅烯和锗烯在自旋电子学中的应用开辟了新的前景。
2013-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Highly efficient spin transport in epitaxial graphene on SiC
自旋信息处理是后CMOS（互补金属氧化物半导体）电子学的一个可能的新范例，长距离有效的自旋传播是这一愿景的基础。然而，尽管经过几十年的深入研究，仍然需要一个合适的平台。我们在这里报告高效的自旋输运在两端偏振器/分析器设备的基础上高迁移率外延生长在碳化硅石墨烯。利用高阻抗注入/探测隧道结的优势，我们得到了自旋输运效率高达75%，自旋信号在兆欧姆范围内，自旋扩散长度超过100 μm。这使得自旋电子学在复杂的结构：设备和网络架构依赖于自旋信息处理，远远超出目前的自旋电子学应用，现在可以预见。
2013-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lifting spin degeneracy in rhombohedral trilayer graphene for high magnetoresistance applications
本研究揭示菱方三层石墨烯自旋简并解除机制，提出基于其三种电子相的全石墨烯磁性隧道结设计，经计算验证其特性可调控，为低功耗自旋电子器件开发提供新方向。
2025-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emergence of magnetism in graphene materials and nanostructures
基于碳的磁性材料和纳米结构为自旋电子学等未来技术应用提供了独特的机会。本文综述了石墨烯衍生的系统，其中磁相关性由于尺寸减小、无序和其他可能的情况而出现。特别是，零维石墨烯纳米碎片，一维石墨烯纳米带，以及石墨烯和石墨中的缺陷诱导磁性都被覆盖。在这些系统中出现的磁性的可能的物理机制的说明与计算的例子的帮助下，基于简单的模型哈密顿。此外，这篇评论还包括自旋输运性质，石墨烯基自旋电子器件的设计，有限温度下的磁有序以及最新的实验成果。
2010-04-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-Field-Controlled Antiferromagnetic Spintronic Devices
近年来，反铁磁自旋电子学领域取得了实质性的进展。电场控制是通过抑制焦耳热来实现超低功率自旋电子器件的一种很有前途的方法。本文综述了近年来反铁磁自旋电子器件的研究进展，包括利用应变、离子液体、电介质材料和电化学离子迁移对反铁磁自旋电子器件进行电场调制。各种新兴的主题，如尼尔自旋轨道力矩，手征自旋电子学，拓扑反铁磁自旋电子学，各向异性磁阻，存储器件，二维磁性，和磁离子调制反铁磁体进行检查。总之，我们设想了实现高质量的室温反铁磁隧道结，反铁磁自旋逻辑器件和人工反铁磁神经元的可能性。预计这项工作提供了一个适当的和前瞻性的视角，将促进这一领域的快速发展。
2021-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
RKKY interaction between extended magnetic defect lines in graphene
在自旋电子学领域的基本兴趣是嵌入在金属基质中的磁性杂质之间的间接交换耦合机制。一系列的物理特征，如磁输运和整体磁矩的形成，是基于这种磁耦合，通常被称为鲁德曼-基特尔-春日-吉田（RKKY）相互作用。最近对石墨烯中RKKY的理论研究受到磁掺杂石墨烯系统可能的自旋电子学应用的启发。在这项工作中，分析和数值技术相结合，用于检查这样的相互作用的缺陷维数的影响。我们表明，在一个数学上透明的方式，从单一的磁性杂质，延长线的杂质有效地降低了系统的维数，并增加了相互作用的范围。这对磁掺杂的自旋电子学应用具有重要的影响，我们用一个简单的磁阻器件来说明这一点。
2014-06-03 cond-mat.mes-hall
Opposite Changes in Gap Width of Opposite Spin States Induced by Rashba Effect in Anti-ferromagnetic Graphene on Ni(111)
石墨烯在自旋电子学中是一种很有前途的候选材料。本文采用密度泛函理论方法计算了Ni（111）上石墨烯的能带结构和磁性。我们的结果表明，一旦石墨烯中存在反铁磁有序，在10^9 V/m量级的外部电场下，费米面附近的相反自旋态可以产生数十meV的带隙宽度差。
2012-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Disorder-free sputtering method on graphene
将各种材料沉积到石墨烯上而不引起任何无序对于石墨烯应用是高度期望的。特别是，溅射是一种多用途的技术，可以沉积用于自旋电子学的各种金属和绝缘体，以及用于制造透明器件的氧化铟锡。然而，溅射过程由于高能量溅射原子而对石墨烯造成损伤。通过翻转衬底和使用高Ar压力，我们证明了在DC，RF和反应溅射工艺中可以减少或消除对石墨烯的损伤水平。
2012-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals Magnetic Electrode Transfer for Two-Dimensional Spintronic Devices
针对传统金属沉积损伤二维材料界面及铁磁电极转移难题，提出石墨烯辅助的无溶剂磁性电极转移技术，实现高性能两端与非局域四端2D自旋阀。
2024-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect-mediated spin relaxation and dephasing in graphene
开发石墨烯用于未来器件的主要动机是其对量子自旋电子学的承诺。超精细和自旋轨道相互作用预计在单层石墨烯中可以忽略不计。另一方面，自旋输运实验表明，石墨烯的自旋弛豫比预期快了几个数量级。我们提出了一种量子干涉测量，解开石墨烯中的磁性和非磁性退相干的来源。磁缺陷被证明是自旋弛豫的主要原因，而自旋轨道相互作用是不可检测的小。
2012-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Half-Metallicity in Triangulene-based Superatomic Graphene
本文通过表面合成方法制备了基于磷掺杂三角烯的超原子石墨烯，实验与理论结合证明了其本征二维半金属性和铁磁性，为自旋电子学器件提供了新材料平台。
2024-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Paramagnetic molecule induced strong antiferromagnetic exchange coupling on a magnetic tunnel junction based molecular spintronics device
本文报道了我们的Monte Carlo（MC）研究，旨在解释实验观察到的顺磁性分子诱导的铁磁（FM）电极之间的反铁磁耦合。近年来发展起来的磁性隧道结分子自旋电子学器件（MTJMSDs），是通过在磁性隧道结暴露的侧边的FM电极之间化学键合顺磁性分子而制备的，表现出分子诱导的强反铁磁耦合。我们的MC研究集中在类似MTJMSD的原子模型上，研究了分子与两个FM电极的磁耦合效应。模拟结果表明，当分子与一个电极建立铁磁耦合，与另一个电极建立反铁磁耦合时，理论结果有效地解释了实验结果。理论和实验研究表明，分子与FM电极之间的交换耦合强度应是FM电极原子间交换耦合强度的50%。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning Spin Transport in a Graphene Antiferromagnetic Insulator
反铁磁绝缘体（AFMIs）中的长距离自旋输运是自旋电子学研究的一个长期目标。与传统的自旋电子学系统不同，量子霍尔机制（QH）中的单层石墨烯在QH边缘态中提供了前所未有的自旋极化和载流子密度的调谐。在这里，使用栅极控制的QH边缘作为自旋相关的注入器和检测器在全石墨烯电路中，我们第一次展示了通过石墨烯$ν$ =0 AFMI的双极自旋输运的选择性调谐。通过调制极性的激发偏置，磁场，和载流子主机相反的手征，我们表明，自旋注入器区域中的相邻边缘通道的自旋化学势之间的差异是至关重要的，在调谐自旋输运观察整个石墨烯AFMI。我们证明，当我们的设备中的自旋过滤器不再是一个特定的自旋极化的选择性时，反转方向的共同传播的边缘通道的非本地响应消失。我们的研究结果建立了一套通用的方法来调整纯自旋输运通过反铁磁介质，并开辟了一条途径，以探索其应用的广泛领域的反铁磁自旋电子学研究。
2022-05-25 cond-mat.mes-hall
Direct coupling between charge current and spin polarization by extrinsic mechanisms in graphene
自旋电子学--全电子控制电子自旋，用于量子或经典信息存储和处理--是二维材料石墨烯最有前途的应用之一。尽管原始石墨烯具有可忽略的自旋轨道耦合（SOC），但理论和实验都表明石墨烯中的SOC可以通过外在手段（例如通过吸附原子杂质的官能化）来显著增强。我们提出了一个理论的运输在石墨烯中占满自旋相干动力学的载体，包括迄今为止被忽视的自旋旋进过程中的共振散射与稀杂质。我们确定了一种新的“各向异性自旋进动散射”过程，具体到二维和非本征SOC，这有助于在石墨烯中的大电流诱导的自旋极化。该理论还产生了一个全面的描述的自旋弛豫机制在杂质修饰的石墨烯：Elliot-Yafet和Dyakonov-Perel弛豫率都存在，我们发现，后者可以占主导地位的载流子密度和杂质强度的一些选择。这为设计未来石墨烯基集成自旋电子器件提供了理论基础。
2016-08-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac and Weyl Materials: Fundamental Aspects and Some Spintronics Applications
狄拉克和外尔材料是指一类具有低能量准粒子激发的固体材料，其可以由相对论性量子力学中的狄拉克和外尔方程描述。从石墨烯作为第一个突出例子的出现开始，这些材料由于其新颖的基本性质以及巨大的应用潜力而引起了人们的极大兴趣。本文介绍了Dirac和Weyl材料的基本概念，并简要回顾了这一领域的一些最新研究成果，特别是有关概念的发展和自旋电子学/赝自旋电子学的应用。
2016-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Transport and Precession in Graphene measured by Nonlocal and Three-Terminal Methods
我们利用Hanle效应在非局域三端测量几何中研究了石墨烯中的自旋输运和旋进.相同的自旋寿命，自旋扩散长度和自旋极化的石墨烯设备中观察到这两种技术在很宽的温度范围内。自旋输运模型很好地解释了自旋信号的大小。这些观察排除了两种几何结构界面处的任何信号增强或额外散射机制。这验证了基于石墨烯的自旋电子器件的测量方法的适用性及其自旋参数的可靠提取。
2014-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
