國科學(xué)家在低維拓?fù)涑Ц裰锌烧{(diào)控的自旋輸運研究中取得重要進(jìn)展

    自旋流的產(chǎn)生、操控與探測是自旋電子學(xué)研究的核心內(nèi)容。目前人們致力于尋找、設(shè)計出高自旋流-電荷流相互轉(zhuǎn)化、高電導(dǎo)率的強(qiáng)自旋軌道耦合材料，以期實現(xiàn)具有超低功耗的自旋電子學(xué)器件。然而對于大多數(shù)具有單一表面態(tài)的三維拓?fù)浣^緣體來說，它們的自旋流到電荷流轉(zhuǎn)化效率（λIEE）仍舊相對較小，亟待提高。

    在國家重點研發(fā)計劃“量子調(diào)控與量子信息”重點專項等科技計劃的支持下，中國科學(xué)院物理研究所的研究人員通過拓?fù)洳牧夏軒д{(diào)控已經(jīng)將Bi2Se3體系的λIEE提高了一個量級。他們系統(tǒng)研究了低維拓?fù)涑Ц裰心軒б蕾嚨淖孕斶\現(xiàn)象，利用分子束外延方法，首次實現(xiàn)了(Bi2/Bi2Se3)N低維拓?fù)涑Ц竦目煽厣L，并對其不同截止面進(jìn)行了能帶計算（DFT）和測量（ARPES）。能帶結(jié)果發(fā)現(xiàn)Bi截止面具有Rashba型的Dirac表面態(tài)，且具有巨大的自旋動量劈裂；而Bi2Se3截止面具有拓?fù)浣^緣體和拓?fù)渚w絕緣體相共存的特性。進(jìn)一步地，通過室溫自旋泵浦測量，發(fā)現(xiàn)Bi截止面超晶格的λIEE高達(dá)1.26 nm，Bi2Se3截止面超晶格λIEE提升到0.19 nm，將純Bi2Se3的λIEE（~0.035 nm）提升了一個量級以上。另一方面，通過自旋Hanle進(jìn)動測量發(fā)現(xiàn)，在低維尺度下雙拓?fù)浔Ｗo(hù)使得Bi2Se3截止面的自旋壽命τs高達(dá)1 ns，Bi截止面的自旋壽命τs也可達(dá)0.4 ns。該工作不僅預(yù)示著多重拓?fù)浔Ｗo(hù)下長距離自旋輸運的可能性，同時也為實現(xiàn)拓?fù)涑Ц裰懈咝У淖孕?電荷流轉(zhuǎn)化提供了新的思路。