Высокоточная электрическая детекция переноса спина в графене

Графен способен обеспечивать перенос спина на большие расстояния, однако получение больших электрических спиновых сигналов остается сложной задачей, поскольку инжекция и детекция спина сильно чувствительны к беспорядку на интерфейсах туннельных барьеров. В работе мы демонстрируем, что подавление такого межфазного беспорядка обеспечивает высокоточную инжекцию и детекцию спина в графене. Мы изготовили ван-дер-Ваальсовы спиновые клапаны на графене путем эксфолиации и сборки составляющих двумерных кристаллов внутри инертного перчаточного бокса, в сочетании с ламинированием, подавляющим контаминацию, и тщательной очисткой после переноса для получения атомарно плоских туннельных барьеров из гексагонального нитрида бора. Наши четырехконтактные нонлокальные приборы демонстрируют исключительно большие спиновые поляризации, приближающиеся к 90%, и нонлокальные спиновые сигналы до 1.6 кОм. Высокое качество туннельных барьеров обеспечивает надежную детекцию спина при возбуждающих токах до наноампер и управляемую с помощью затвора магнитосопротивление, превышающее 80%. Измерения прецессии спина выявляют релаксацию типа Эллиотта–Йефета с практически изотропной динамикой спина. Эти результаты подтверждают, что управление интерфейсами при ван-дер-Ваальсовой технологии является эффективным путем к получению высокосигнального переноса спина в графене. Исследование показывает, что минимизация беспорядка на интерфейсах туннельных барьеров путем сборки в перчаточном боксе дает режим высоких спиновых сигналов в графене с поляризациями спина, приближающимися к 90%, и нонлокальными сигналами до 1.6 кОм.