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IF=33.7！石墨烯，再登Nature大子刊！

微算云平台 · 公众号 · · 2025-01-25 08:18

正文

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研究背景

自旋电子学是利用电子自旋进行信息存储和处理的技术，其在节能计算、信息存储以及量子计算等领域具有广泛的应用前景。石墨烯作为一种二维材料，因其优异的电学性质和长的自旋扩散长度而成为自旋电子学研究的热点。

然而，在基于石墨烯的自旋电子器件中，如何高效地注入自旋极化的电子仍然是一个挑战。传统方法通常通过在金属接触和自旋通道之间插入薄的氧化物隧道障碍层来解决这一问题，但由于石墨烯表面没有悬挂键，均匀沉积超薄氧化物层存在困难，且氧化物界面容易产生电荷杂质和缺陷，影响自旋注入效率。此外，基于氧化物隧道障碍的石墨烯横向自旋阀的良率较低，通常低于10%。

为了解决这一问题，科学家们提出了使用范德瓦尔斯接触来代替传统的金属-氧化物接触。范德瓦尔斯接触具有原子级干净的界面，能够避免传统接触中的化学反应、相互扩散和界面缺陷，尤其适用于二维材料。

成果简介

鉴于此， 剑桥大学Soumya Sarkar，Yan Wang & Manish Chhowalla等人 在Nature Electronics期刊上发表了题为“Spin injection in graphene using ferromagnetic van der Waals contacts of indium and cobalt”的最新论文。铟-钴（In–Co）铁磁范德瓦尔斯接触能够在石墨烯横向自旋阀中实现高效的自旋注入。

本文通过使用这一接触，研究人员获得了1.5% ± 0.5%的磁阻值，这与采用氧化物隧道障碍的石墨烯横向自旋阀相当，且器件的工作良率超过70%。这一结果表明，范德瓦尔斯接触在提高自旋注入效率方面具有重要潜力，为基于石墨烯的自旋电子器件提供了新的技术路径。

研究亮点

（1）实验首次采用铟/钴（In/Co）铁磁范德瓦尔斯接触，成功在石墨烯横向自旋阀中实现自旋注入，且无需介电隧道障碍。 这种接触方式在不依赖氧化物隧道障碍的情况下，获得了1.5% ± 0.5%的磁阻（MR），与最先进的石墨烯横向自旋阀相媲美，显示出较高的自旋信号（约50 Ω）。

（2）实验通过使用铁磁In/Co范德瓦尔斯接触，成功克服了金属接触和石墨烯通道之间的导电不匹配问题，从而避免了自旋回流和界面自旋翻转。此外，与仅含钴的非范德瓦尔斯接触相比，获得的磁阻显著提高，从0.2%（自旋信号约为3 Ω）提高到1.5%，表明该接触方案在自旋注入方面的高效性。

（3）本研究表明，铟/钴范德瓦尔斯接触具有2-5 kΩ的接触电阻，适用于与互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的器件设计，推动了基于石墨烯的自旋电子器件向实际应用的迈进。通过这一创新方法，不仅提升了自旋注入效率，而且提高了器件的工作良率，超过了70%。

图文解读

图1: 具有反铁磁FM 范德瓦尔斯Van der Waals，vdW接触的石墨烯横向自旋阀lateral spin valves，LSV。

图2: 取决于温度的电输运。

图3: 范德瓦尔斯vDW 反铁磁FM接触的自旋输运。

图4: 取决于偏压的磁输运。

结论展望

IF=33.7！石墨烯，再登Nature大子刊！

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