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韩国科学技术高等研究院（KAIST）的物理学家描述了一种利用非磁性二维材料设计自旋电流的高效能量生成、操纵和检测的新途径。由SungjaeCho教授领导的研究团队通过门控调谐的Rashba-Edelstein效应（REE）在石墨烯异质结构中观察到了高效的电荷-自旋互变。
这项研究为石墨烯作为有源自旋电子元件在没有铁磁电极或磁场的情况下产生、控制和检测自旋电流的应用铺平了道路。
由于石墨烯具有较长的自旋扩散长度，是一种很有前景的自旋电子学元件。然而，其小的自旋轨道耦合限制了石墨烯在自旋电子学应用中的潜力，因为石墨烯不能用于产生、控制或检测自旋电流。
“我们通过将石墨烯堆叠在2H-TaS2之上，成功地提高了石墨烯的自旋轨道耦合，而石墨烯是具有最大自旋轨道耦合的过渡金属二重金属材料之一。”Cho教授说：“石墨烯现在可以用来产生、控制和检测自旋电流。”
Rashba-Edelstein效应是一种物理机制，可通过由Rashba效应引起的自旋相关能带结构实现电荷电流到自旋电流的相互转换，这是低维凝聚态系统中自旋能带的动量转变。
Cho教授的研究小组首次在多层石墨烯中展示了可门控的Rashba-Edelstein效应。Rahsba-Edelstein效应使石墨烯的二维传导电子被施加电荷电流磁化，形成自旋电流。此外，当石墨烯的费米级在栅极电压的调控下，从价位带向传导带移动时，石墨烯产生的自旋电流反转了自旋方向。
这种自旋反转在设计利用自旋的低功耗消耗型晶体管时非常有用，因为它提供了具有自旋上升的空穴（或自旋下降的电子）的载流子导通状态和在所谓的电荷中性点处的电子和空穴数量相等的净自旋极化为零的关闭状态。
我们的工作是首次展示了金属TMD（过渡金属二重金属）和石墨烯异质结构中的电荷-自旋极化状态由栅极控制的电荷-自旋互转化。我们期望通过应用栅极电压的全电自旋开关效应和非平衡自旋极化状态的反转，可以应用于非磁性范德华材料的自旋电流的高效能量生成和操纵。Cho教授解释说。
论文标题为《Gate-TunableReversibleRashba–EdelsteinEffectinaFew-LayerGraphene/2H-TaS2HeterostructureatRoomTemperature》。
