Unambiguous Electrical Detection of Spin-Charge Conversion in Lateral Spin-Valves
自旋-电荷转换的有效检测对于推进我们对自旋-轨道耦合纳米结构中涌现现象的理解至关重要。在这里，我们提供了一个电检测方案的自旋-电荷转换，使竞争的自旋-轨道耦合输运现象的扩散横向通道，即反自旋霍尔效应（ISHE）和自旋电流效应（SGE）的完全解开的原理证明。一个合适的检测几何形状中所施加的斜磁场示出通过一个简单的对称性分析的输出非本地电阻提供直接访问自旋电荷输运系数。该方案是强大的对倾斜的自旋注入器的磁化，无序和寄生的非自旋相关的贡献的非本地信号，并可用于探测自旋-电荷转换效应在自旋阀和混合optospinelectronic设备。
2020-03-12 cond-mat.mes-hall
Nonlinear Electrical Spin Conversion in a Biased Ferromagnetic Tunnel Contact
自旋信息到电信号的转换是自旋电子学技术不可缺少的。铁磁隧道接触中的自旋-电荷转换使用线性（自旋）输运方程进行了很好的描述，只要没有施加偏压，如在非局部自旋检测。它示出在这里，在偏置的铁磁隧道接触，自旋检测是强非线性的。结果，自旋检测效率不等于隧道自旋极化。在硅基4端自旋输运器件中，即使Fe/MgO检测器接触上的小偏压（几十mV）也会将自旋检测效率提高到高达140%的值（自旋提取偏压），或者对于自旋注入偏压，将其降低到几乎为零，而附带地，充电电流保持高度自旋极化。计算结果表明，这种非线性源于隧道传输的能量色散和由此产生的隧道电流能量分布的不均匀性，为工程自旋转换提供了一条途径。考虑到非线性自旋检测也示出解释了众多的奇特和令人费解的自旋信号的结构与偏置检测器，包括两个和三个终端设备，并提供了一个统一的，一致的和定量的描述自旋信号的设备与偏置和无偏置检测器。
2018-10-26 cond-mat.mes-hall
Large room temperature spin-to-charge conversion signals in a few-layer graphene/Pt lateral heterostructure
不需要磁性材料而产生和检测纯自旋电流是实现全电控自旋电子器件的关键因素。在这个框架中，实现大的自旋-电荷转换信号是至关重要的，因为合理的应用需要相当大的输出。不幸的是，迄今为止获得的数值相当低。在这里，我们利用自旋霍尔效应通过使用Pt，一种非磁性金属与强自旋轨道耦合，产生和检测纯自旋电流在几层石墨烯通道。此外，石墨烯具有比金属更长距离的自旋传输和更高的电阻率的出色性能，使我们能够在石墨烯/Pt横向异质结构中实现迄今为止文献中报道的室温下最大的自旋到电荷电压信号。我们的方法为实现基于自旋轨道的逻辑电路和在没有磁场的情况下对自旋信息的所有电气控制开辟了令人兴奋的机会。
2017-07-07 cond-mat.mes-hall
Gate-tuneable and chirality-dependent charge-to-spin conversion in Tellurium nanowires
本研究针对手性有机材料电导率低的局限，在碲纳米线中实现全电自旋极化生操控与探测，发现其取向由手性和电流决定、大小栅极可调，为无磁手性自旋电子器件奠定基础。
2022-01-02 cond-mat.mes-hall
A Perspective on Electrical Generation of Spin Current for Magnetic Random Access Memories
自旋电流用于通过切换磁性隧道结（MTJ）纳米柱的铁磁电极中的一个的磁化方向来在磁性随机存取存储器（MRAM）装置中写入信息。充电电流到自旋电流的转换的不同物理机制可用于2端子和3端子装置几何形状中。在2端器件中，电荷-自旋转换通过MTJ的铁磁电极中的自旋过滤而发生，并且目前的MRAM器件在理论上预期的最大电荷-自旋转换效率附近操作。在3-端子器件中，沟道材料中的自旋-轨道相互作用也可以用于产生大的自旋电流。在这篇透视文章中，我们讨论了可以满足MRAM技术要求的电荷-自旋转换过程。我们强调需要开发具有更大的电荷-自旋转换效率的沟道材料-可以等于或超过自旋过滤产生的-和自旋极化分量垂直于沟道界面的自旋电流。这将实现基于亚20 nm直径垂直磁化MTJ纳米柱的高性能器件，而不需要对称破缺场。我们还讨论了CMOS集成所必需的MRAM特性。最后，我们确定关键的研究需要的电荷到自旋转换测量和指标，可用于优化器件沟道材料和界面特性之前，全MTJ纳米柱器件的制造和表征。
2022-01-10 cond-mat.mes-hall
Charge to Spin Conversion in van der Waals Metal NbSe2
具有大电荷电流诱导自旋极化的量子材料是下一代全电自旋电子学的重要研究方向。范德华金属具有高自旋轨道耦合和新颖的自旋织构，是一种高效的电荷-自旋转换过程。在这里，我们证明了在室温下的NbSe 2的自旋极化的电生成。为了探测NbSe 2中的电流诱导自旋极化，我们使用了基于石墨烯的非局域自旋阀器件，其中NbSe 2中的自旋极化使用非局域自旋开关和Hanle自旋进动测量被有效地注入和检测。在NbSe 2的超导转变温度Tc ~ 7 K以下的较低温度下，观察到NbSe 2的电荷-自旋转换率显著提高。然而，电荷-自旋转换信号只能在超导临界电流以上的较高偏置电流下观察到，这将信号的观察仅限于NbSe 2的非超导状态。系统的测量提供了可能的起源的自旋极化主要是由于自旋霍尔效应或Rashba-Edelstein效应在NbSe 2，考虑不同的对称性允许的电荷-自旋转换过程。
2022-05-17 cond-mat.mes-hall
Large multi-directional spin-to-charge conversion in low symmetry semimetal MoTe$_2$ at room temperature
高效和通用的自旋-电荷电流转换对于自旋电子学应用的发展至关重要，自旋电子学应用强烈依赖于电产生和检测自旋电流的能力。在此背景下，自旋霍尔效应在具有强自旋轨道耦合的重金属中得到了广泛的研究。虽然这些材料中的高晶体对称性限制了向正交构型的转化，但在低对称性过渡金属二硫属化物半金属中预期有不寻常的构型，这可以增加纯自旋电流的电注入和检测的灵活性。在这里，我们报告的观察自旋到电荷转换MoTe $_2$薄片，这是堆叠在石墨烯横向自旋阀。我们检测到两个不同的贡献所产生的两个不同的自旋方向的转换。除了自旋极化与电荷电流正交的传统转换之外，我们还检测到自旋极化和电荷电流平行的转换。这两个贡献，这可能会出现无论是从体自旋霍尔效应或表面Edelstein效应，表现出大的效率相比，最好的自旋霍尔金属和拓扑绝缘体。我们的发现使得在一个单一的实验配置的自旋电流与任何平面内的自旋极化的同时转换。
2019-10-10 cond-mat.mes-hall
All-electrical detection of the spin-charge conversion in nanodevices based on SrTiO3 two-dimensional electron gases
本文在基于SrTiO3二维电子气的纳米器件中实现全电学自旋注入与逆Edelstein自旋-电荷转换，通过背栅调控优化信号并排除伪效应，为后CMOS低功耗计算架构提供新思路。
2023-09-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Electronics and photonics: two sciences in the benefit of solar energy conversion
本文就两门科学：电子学和光子学向等离子体和太阳能转换的发展提出了个人的观点。通过比较，并从未来新型太阳能器件的角度，指出了这两个学科的新的研究方向。提出了电子学与光子学的平行关系和等效关系.从电子学中的电子开始，光子，光子学中的孤子和等离子体，电缆-光纤，等离子体波导，电路-光学电路，电晶体管-光学晶体管，等离子体怪物，发电机-脉冲激光器和spaser，光子学逐步获得电子学中已经存在的所有工具。太阳能可以通过多种方式转换，最为人所知的是转换成电能。今天，我们需要的能量是以电力的形式，因为我们使用的大多数设备都是基于电力的：信息学，电机等。然而，随着光电路，光学晶体管等光子学的进步，表明光子学信息学是可能的。此外，光学操纵和光学引擎的概念已经实验证明。如果激光推进能够实现，光学引擎也能工作，那么明天的问题是：“我们将来还能用电吗？”明天的太阳能设备会是什么？"
2012-09-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast intrinsic optical-to-electrical conversion dynamics in graphene photodetector
本文通过片上电学读出和氧化锌顶栅设计，在带宽达220 GHz的石墨烯光电探测器中揭示了光热电转换的瞬时提取与费米能级依赖的带内散射调控机制，为超快石墨烯光电子器件提供了关键支撑。
2025-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phase-selective orbital-charge conversion in $\mathrm{MoTe_2}$
Universidade Federal de Pernambuco（巴西联邦伯南布哥大学）；Universidade Federal de Viçosa（巴西联邦维索萨大学）；Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF)（巴西物理研究中心）
本文通过厚度驱动的结构相变，在MoTe2中实现了相选择性的轨道-电荷转换，金属1T'相表现出额外的横向电荷转换信号，归因于轨道Rashba-Edelstein机制。
2026-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generation and Detection of Spin Currents in Semiconductor Nanostructures with Strong Spin-Orbit Interaction
利用电子自旋存储、传输和操纵信息是自旋电子学的核心。未来自旋电子学应用的基础是在固态系统中控制自旋电流的能力。在迄今为止提出的不同平台中，具有强自旋轨道相互作用的半导体特别有吸引力，因为它们承诺使用全电子协议进行快速和可扩展的自旋控制。在这里，我们演示了半导体纳米结构中纯自旋电流的产生和测量。产生是纯电的，并且由具有强自旋轨道场的材料中的自旋动力学介导。测量是使用自旋-电荷转换技术，基于磁场对称性容易测量的电量。通过量子点接触的电导校准自旋-电荷转换，我们定量测量了多端GaAs点中的介观自旋霍尔效应。我们报告的自旋电流为174 pA，对应于34%的自旋霍尔角。
2015-05-18 cond-mat.mes-hall
Electrical single spin read-out using an exchange-coupled quantum dot
本文提出了一种连续读出单个电子自旋态的新方法。我们的检测方案是基于电子自旋和附近的读出量子点之间的交换相互作用。两个系统之间的耦合导致通过读出点的自旋相关电导，并建立全电和非破坏性的单自旋检测。电导变化高达4%，读出的结晶度大于99.5%，这种方法代表了一种替代系统的自旋到电荷转换不能实现。使用半经典的方法，我们提出了一个不对称的交换耦合模型与我们的实验结果吻合得很好。
2017-05-05 cond-mat.mes-hall
Orbital-geometric spin response: inter-band coherence versus orbital-to-spin conversion
School of Physics, The University of New South Wales（新南威尔士大学物理学院）
本文揭示了中等自旋-轨道耦合下电感应自旋密度中的轨道几何自旋响应（OGSR），其源于带间相干性，在净轨道角动量消失时仍产生逆流，为优化轨道电子学系统提供指导。
2026-09-14 cond-mat.mes-hall
Spin to charge conversion in MoS$_{2}$ monolayer with spin pumping
层状过渡金属二硫属化合物（TMD）家族由于其独特的电子能带结构以及光、谷（赝自旋）、电荷和自旋自由度之间的相互作用而越来越受到人们的重视。它们具有大的内在自旋轨道相互作用，这使得它们与新兴的自旋轨道电子学领域最相关。在这里，我们报告的转换自旋电流的充电电流在二硫化钼单层。使用自旋泵从铁磁层（10纳米的钴），我们发现，自旋电荷转换是非常有效的。在逆Rashba-Edelstein（RE）效应的框架中的分析在室温下产生超过4nm的RE长度。此外，由于MoS $_{2}$的半导体性质，发现背栅允许MoS $_{2}$-金属叠层的自旋弛豫速率的电场控制。
2016-06-06 cond-mat.mes-hall
All-electrical Magnon Transport Experiments in Magnetically Ordered Insulators
角动量输运是自旋电子学的基石之一。在磁有序系统中，自旋角动量不仅通过可动载流子传输，而且通过磁晶格的量子化激发传输。在这方面，磁有序绝缘体提供了一个平台，磁振子自旋输运实验没有额外的贡献，从自旋电流携带的移动电子。结合有限自旋-轨道耦合导体中的电荷-自旋电流转换过程，有可能在薄膜异质结构中实现全电磁振子输运方案。这篇评论提供了一个深入了解这样的实验和最近取得的突破。特别注意的是通过一个相邻的正常金属的磁有序绝缘体中的磁振子输运的自旋转移力矩的电荷电流为基础的操纵。此外，还讨论了反铁磁绝缘体中两种自旋相反的磁振子模对全电磁振子输运实验的影响。
2021-04-20 cond-mat.mes-hall
Microwave power harvesting using resonator-coupled double quantum dot photodiode
本文提出一种谐振腔耦合双量子点光电二极管，在1飞瓦输入功率下实现单微波光子到电子的转换，最大功率收集效率达2%，并揭示热力学在单光子能量转换中的关键作用。
2024-02-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Charge to spin conversion in atomically thin bismuth
Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Laboratory for Physical Sciences（物理科学实验室）；Materials Research Institute, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学材料研究所）
研究原子薄铋与石墨烯异质结构中的电荷到自旋转换机制，通过实验验证结构和自旋轨道耦合，发现自旋电流极化方向与电荷电流垂直，扭矩比高于石墨烯控制样品。
2025-01-13 cond-mat.mes-hall
Electrical tunability of terahertz nonlinearity in graphene
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿罗森多夫赫尔姆霍兹中心）；Fakultät für Physik, Universität Bielefeld（比勒费尔德大学物理学院）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), BIST & CSIC（加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所（ICN2），BIST与CSIC）；ICFO – Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究所）；Fakultät für Physik, Universität Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学物理学院）；Max-Planck-Institut für Polymerforschung（马克斯·普朗克聚合物研究所）；Institut für Optische Sensorsysteme, DLR（德国航空航天中心光学传感器系统研究所）；Institut für Optik und Atomare Physik, Technische Universität Berlin（柏林工业大学光学与原子物理研究所）
本研究展示通过电门控可显著增强石墨烯太赫兹三次谐波生成的功率转换效率，将石墨烯从近线性材料转变为高非线性材料，为超高频电子技术提供基础。
2026-04-27 cond-mat.mes-hall
Electrical noise spectroscopy of magnons in a quantum Hall ferromagnet
本文通过测量石墨烯量子霍尔铁磁体中磁振子产生的电噪声，克服了平均电信号为零时磁振子难以探测的问题，并提出理论模型确定了弹道磁振子输运区间。
2023-10-12 cond-mat.mes-hall
Conversion of electronic to magnonic spin current at heavy-metal magnetic-insulator interface
电子自旋电流可以通过在磁性绝缘体和具有强自旋-轨道耦合的金属的界面处产生或湮灭热磁振子而转换为磁振子自旋电流。到目前为止，这一现象在线性范围内得到了证实。基于非线性制度的分析和富勒烯数值结果，我们表明，在绝缘体中产生的热磁振子或磁振子自旋电流是不对称的相对于在金属中的充电电流的方向，并表现出非线性的依赖于充电电流密度，这是解释的自旋霍尔转矩和磁化阻尼的调谐效应。结果也进行了讨论，并与最近的实验指向一个新的方式的非线性操纵自旋与电气手段。
2017-01-18 cond-mat.mes-hall
Efficient conversion of light to charge and spin in Hall-bar microdevice
我们报告了一个实验演示的自旋霍尔电压的局部放大使用扩展耗尽区在pn结的GaAs/AlGaAs霍尔条微器件。结果表明，在低温下施加至少10~（$μ$ m）的反向偏压可以使耗尽区在空间上扩展。在耗尽区，自旋霍尔信号在相同的电流流过微型器件时达到比正常区高一个数量级以上的值。结果表明，pn偏置对探测到的自旋霍尔信号有两种不同的影响。它控制霍尔交叉处的局部漂移场，由于耗尽前沿的移位，霍尔交叉在pn偏置中是高度非线性的。同时，由于霍尔交叉处载流子密度随pn偏压的非线性变化，它产生自旋输运参数的变化。
2016-05-13 cond-mat.mes-hall
Spin charge conversion in Rashba split ferromagnetic interfaces
我们在这里从理论和实验上表明，一个Rashba分裂的电子状态内的铁磁体可以有效地转换成一个动态的自旋积累电压。这种效应被理解为源于Rashba分裂，但具有与磁化方向相关的对称性。它是通过在CoFeB/MgO结构中的自旋泵浦实验测量的，其中发现当Pt取代MgO时，它与起作用的逆自旋霍尔效应一样有效，具有不影响铁磁体中的阻尼的额外优点。
2021-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the origin of the giant spin detection efficiency in tunnel barrier based electrical spin detector
在主流半导体中将自旋信号有效地转换为电压是自旋电子学的重大挑战之一。该过程通常通过铁磁隧道势垒实现，其中发生非线性电传输。在这项工作中，我们表明，非线性可能会导致一个自旋-电荷转换效率大于10倍的自旋极化的隧道势垒时，后者是在偏置的几个mV。我们确定的基本机制，负责这种非常有效的自旋检测的隧道势垒变形和导带移位所造成的施加电压的变化。此外，我们推导了探测器自旋灵敏度$P_{\textrm{det}}(V)$的近似解析表达式。对不同的势垒形状进行的计算表明，这种增强是存在于氧化物势垒以及肖特基隧道势垒，即使占主导地位的机制与势垒类型不同。此外，尽管自旋信号在高温下降低，但它仍然优于线性模型预测的值。我们的研究结果揭示了电自旋探测实验的解释和理解，并开辟了优化自旋输运器件性能的新途径。
2020-03-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Electrical Control of Silicon Photonic Crystal Cavity by Graphene
在纳米光子学中，电信号到光信号的有效转换使得电子学和光子学能够固态集成。石墨烯与光子晶体的结合在电光调制方面具有广阔的应用前景。在本文中，我们证明了通过静电门控在光子晶体腔顶部的单层石墨烯，可以显着改变腔谐振。实验结果表明，谐振腔线宽变化约2nm，谐振反射率变化近400%（6dB）。此外，我们的分析表明，石墨烯-光子晶体器件可以潜在地用于高速、低功率的吸收和折射调制器，同时保持小的物理占用面积。
2012-10-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
The plasmoelectric effect: optically induced electrochemical potentials in resonant metallic structures
我们描述了一种利用等离子体纳米结构中的共振吸收将光功率转换为直流电功率的策略。一个热力学分析的基本机制促使我们描述的现象，我们称之为等离子体电效应。功率转换是由光学产生的热对等离子体共振频率的偏移的依赖性引起的，等离子体共振频率的偏移随着电子密度的变化而发生。我们建模的全金属设备构造从10 nm半径的银球和预测的特征转换效率为14.3%下1千瓦m-2的强度，单频辐射。我们讨论了提高效率，宽带功率转换，并进一步应用这类新的光电子器件的策略。
2012-02-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Charge-to-spin conversion in twisted graphene/WSe$_2$ heterostructures
从第一性原理出发，研究了石墨烯/WSe $_2$异质结构中自旋轨道耦合（SOC）邻近效应和电荷-自旋转换（CSC）对扭曲角的依赖性. CSC强烈地依赖于扭转角，旋转霍尔和标准Rashba-Edelstein效率在30°扭转或接近30°扭转时优化。由于扭曲而导致的对称性破坏也引起非常规的拉什巴-埃德尔斯坦效应，其中电生成的非平衡自旋密度具有与所施加的电场共线的自旋。我们进一步讨论了如何载流子掺杂浓度和频带展宽控制费米海和表面自旋响应之间的交叉，这调和了不同CSC现象的看似不同的实验观察。
2022-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bidirectional and efficient conversion between microwave and optical light
将低频电信号转换为更高频率的光信号使现代通信网络能够利用微制造电路和光纤传输的优势，从而使信息网络的规模和复杂性不断增长。量子信息网络中的微波-光转换器可以通过低损耗光纤连接量子处理器并实现大规模量子网络来提供类似的增益。然而，目前没有技术可以将低频微波信号转换为高频光信号，同时保持其脆弱的量子态。对于这种要求苛刻的应用，转换器必须在不同频率之间提供近似酉变换;也就是说，理想的变换是可逆的、相干的和无损的。在这里，我们展示了一个转换器，可逆，相干，有效地链接的微波和光学部分的电磁波谱。我们使用我们的转换器来转移微波和光学光之间的经典信号的转换效率为~ 10%，并实现性能足以转移量子态，如果该设备从其当前的4开尔文工作温度进一步预冷到40 millikelvin以下。该转换器使用机械柔性膜将光学光与超导微波电路连接，这种独特的技术组合可能提供一种连接量子信息网络的远程节点的方法。
2014-08-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nanoscale electrical conductivity imaging using a nitrogen-vacancy center in diamond
材料的电导率可以具有微妙的，非平凡的和空间变化的特征，并对材料的基本物理特性具有重要的洞察力。在这里，我们展示了一种基于金刚石中原子大小的氮空位（NV）缺陷的电导率成像技术，该技术提供了具有纳米级空间分辨率的局部，定量和非侵入性电导率成像。我们监测的自旋弛豫率的一个单一的NV中心的扫描探针的几何形状，以定量成像的热电子运动在纳米图案化的金属导体产生的磁波动。我们实现了40纳米尺度的电导率的空间分辨率，并实现了25倍的成像速度增加，通过实施自旋-电荷转换读出浅NV中心。基于NV的电导率成像可以探测凝聚态系统在一个新的制度，作为一个模型的例子，我们项目容易实现的纳米级相分离的复杂氧化物的成像。
2017-12-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical Tuning of Neutral and Charged Excitons with 1-nm Gate
该研究利用1纳米碳纳米管栅极在单层WSe2中实现纳米尺度电学调控中性及带电激子，约束半径低于15纳米，并展示了激子态间的栅控转换，为量子光电器件和自旋-光子接口提供了新途径。
2023-10-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Gate-Tunable Spin-to-Charge Conversion in Topological Insulator-Magnetic Insulator Heterostructures at Room Temperature
本研究通过脉冲激光沉积制备拓扑绝缘体/磁性绝缘体异质结构，利用电栅极调控费米能级，实现室温下自旋霍尔角从0.76提升至0.9，为节能自旋电子器件提供新途径。
2025-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing a Concentrated High-Efficiency Thermionic Solar Cell Enabled by Graphene Collector
我们提出了一个集中的电子发射太阳能电池的设计，这表明了一个高的太阳能到电能的转换效率大于10%的600太阳下，通过利用特殊的电，热和辐射性能的石墨烯作为集电极。通过构建一个分析模型，明确考虑到非理查森行为的电子发射电流从石墨烯，在真空间隙中的空间电荷效应，和各种不可逆的能量损失的子组件内，我们进行了详细的表征的转换效率限制和电功率输出特性的建议系统。系统地模拟和比较了石墨烯-石墨烯、石墨烯-金刚石和金刚石-金刚石等不同结构的双光子发射体的能量转换效率，结果表明，采用金刚石薄膜作为发射体，石墨烯作为收集体的能量转换效率最高，从而揭示了石墨烯在实现高性能双光子发射太阳能电池中的重要作用。在800个太阳下，其最大效率为12.8%，明显高于现有的几种固态太阳能电池设计，如太阳能驱动的热电转换器和热光伏转换器。因此，我们的工作开辟了新的途径，以提高电子太阳能转换的效率极限和下一代基于新型纳米材料的太阳能收集技术的发展。
2021-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Charge-to-Spin Conversion by the Rashba-Edelstein Effect in 2D van der Waals Heterostructures up to Room Temperature
过渡金属二硫属化物（TMD）与石墨烯的接近性在石墨烯中压印了丰富的自旋织构，并通过诱导自旋轨道耦合（SOC）来补充其高质量的电荷/自旋输运。Rashba和valley-Zeeman SOC是Rashba-Edelstein效应（REE）和自旋霍尔效应（SHE）等电荷-自旋转换机制的起源。在这项工作中，我们实验证明了第一次电荷到自旋转换由于稀土元素在单层WS 2-石墨烯范德华异质结构。我们测量了室温下的电流诱导自旋极化，并通过门电场对其进行控制。我们的稀土元素和逆效应（IREE）的观察是伴随着SHE，我们区分斜磁场下的自旋旋进分辨。这些测量也允许量化的效率的电荷到自旋转换的两个效果。这些发现清楚地表明石墨烯中诱导的Rashba和valley-Zeeman SOC导致在不使用铁磁电极的情况下产生自旋累积和自旋电流。这些实现对于自旋电子学应用具有相当大的意义，为二维材料中的全电自旋产生和操纵提供了可访问的路线。
2019-05-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Microwave-to-optical conversion with a gallium phosphide photonic crystal cavity
电致动光机械谐振器提供了一种微波和光子的量子相干双向转换的途径。这样的设备可以使量子计算机的光学互连基于量子比特在微波频率下工作。在这里，我们提出了一种新的微波到光转换的平台，包括一个光子晶体腔的单晶，压电磷化镓集成在预制铌电路上的本征硅基板。该设备利用空间扩展，侧边分辨机械呼吸模式在$\sim$ 3.2 GHz，真空光机耦合率高达$g_0/2π\approx$ 300 kHz。机械模式由集成微波电极通过逆压电效应驱动。我们估计，该系统可以实现机电耦合率的超导transmon量子位的$\sim$ 200 kHz。我们的工作代表了压电光机械接口与超导量子处理器集成的决定性一步。
2021-05-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Tunable spin-charge conversion in class-I topological Dirac semimetals
我们从理论上证明了第一类拓扑狄拉克半金属（TDSM）可以提供一个平台，实现电和磁可调自旋电荷转换。在时间反转对称的情况下，沿着单轴旋转轴（$z$ -轴）的自旋分量近似守恒，这导致各向异性自旋霍尔效应-所产生的自旋霍尔电流依赖于外部电场和$z$ -轴之间的相对取向。另一方面，磁场的应用破坏了时间反转对称性，将TDSM驱动到外尔半金属相，并且因此将自旋电流部分地转换为电荷霍尔电流。使用久保公式，我们数值计算的自旋和电荷霍尔电导率的基础上的一个低能量的TDSM哈密顿与塞曼耦合。除了自旋霍尔电导率$σ_{xy}^z$的常规张量元外，我们发现非常规的分量，如$σ_{xy}^x$和$σ_{xy}^y$，也存在并随着磁场的旋转而变化.同样，电荷霍尔电导率也表现出明显的可调谐性时的变化的磁场。我们表明，这种可调谐性-以及大的自旋-电荷转换效率-产生的TDSM的对称性和能带拓扑结构的相互作用。
2022-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable Spin-Galvanic Effect in Graphene Topological insulator van der Waals Heterostructures at Room Temperature
物质拓扑态中独特的电子自旋织构对于新兴的自旋轨道驱动存储器和逻辑技术是有希望的。然而，有几个挑战与增强其性能，电栅极可调谐性，从平凡的体状态的干扰，和异质结构接口。我们通过将二维石墨烯与三维拓扑绝缘体（TI）集成在范德华异质结构中来解决这些挑战，以利用其显着的自旋电子学特性和工程师邻近诱导的自旋电荷转换现象。在这些异质结中，我们实验证明了在室温下的栅极可调自旋电流效应（SGE），允许有效地转换成横向电荷电流的非平衡自旋极化。通过自旋开关、自旋进动和磁化旋转实验对各种器件几何结构中的SGE进行系统测量，建立了Gr-TI异质结构中自旋-电荷转换的鲁棒性。重要的是，使用栅极电压，我们揭示了一个强大的电场可调性的幅度和符号的自旋电流信号。这些发现为利用TI和石墨烯异质结构实现全电和栅极可调自旋轨道技术提供了一条有效的途径，可以提高自旋电子电路的性能并降低功耗。
2020-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unconventional charge-spin conversion in Weyl-semimetal WTe2
拓扑量子材料的一个突出特点是在电子能带结构中具有新颖的自旋拓扑结构，具有很高的电荷-自旋转换效率。在这里，我们报告了电荷电流诱导的自旋极化在II型外尔半金属候选WTe 2和有效的自旋注入和检测在石墨烯通道高达室温。与传统的自旋霍尔和Rashba-Edelstein效应相反，我们的测量表明WTe 2中的非常规电荷-自旋转换，这主要是由系统的晶体对称性所禁止的。这种大的自旋极化在WTe 2中是可能的，这是由于降低的晶体对称性与其大的自旋Berry曲率、与费米态的新颖自旋织构的自旋轨道相互作用相结合。我们展示了一个强大的和实用的方法，用于电创建和检测这样的自旋极化使用电荷到自旋转换及其逆现象，并利用它在石墨烯通道中的有效自旋注入和检测到室温。这些发现为利用拓扑Weyl材料作为全电范德华自旋电子电路中的非磁性自旋源以及低功率和高性能非易失性自旋电子技术提供了机会。
2020-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Enhanced Thermoelectric Efficiency via Orthogonal Electrical and Thermal Conductances in Phosphorene
利用塞贝克效应的热电器件将热流转换成电能，并且对于便携式固态被动供电电子系统的开发是非常期望的。这种器件的转换效率通过无量纲热电优值（ZT）来量化，该热电优值与器件的电导率与其热导率的比率成比例。高ZT（>2）已经通过全尺度分级结构在材料中实现。这种效率在高温（700 K ~ 900 K）下保持不变，但在较低温度下迅速减小。在本文中，最近制造的二维（2D）半导体称为磷烯（单层黑磷）的热电性能进行了评估。第一性原理和模型计算表明，磷烯具有空间各向异性的电导和热导。突出的导电和导热方向彼此正交，从而提高了这些电导率的比率。因此，在T= 500 K时，ZT沿着磷烯的扶手椅方向可以达到2.5（商业部署的标准），即使在室温下，只要有适度的掺杂（~2 x 10^16 m-2），ZT也大于1。最终，磷烯脱颖而出，成为一种具有前所未有品质的环保热电材料：本质上，它是一种机械柔性材料，可以在低温（~ 300 K）下高效转换热能-其性能不需要任何复杂的工程技术。
2014-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
