自旋电子设备利用由量子物理相互作用生成的自旋纹理。西班牙和德国研究人员之间的合作最近利用BESSY II设施研究了石墨烯-钴-铱异质结构。他们的发现揭示，两个有益的量子物理效应可以在这些异质结构中相互增强，为使用这些材料开发新型自旋电子设备铺平道路。
自旋电子设备依赖于由量子物理相互作用创建的自旋纹理。西班牙和德国研究人员的合作在BESSY II考察了石墨烯-钴-铱异质结构。研究结果表明，这些异质结构中可以相互支持和增强两个有利的量子物理效应，这可能导致从这些材料衍生出的创新自旋电子设备。
自旋电子学利用电子自旋来执行逻辑操作或存储数据。理想情况下，自旋电子设备的运作速度可能比传统半导体设备更快，能耗更低。然而，在材料中生成和管理自旋纹理仍然是一项挑战。
石墨烯在自旋电子学中的作用
石墨烯是一种由碳原子以蜂窝状排列形成的二维结构，被视为自旋电子应用的有前途的选择。通常，石墨烯被放置在一层薄的重金属上。在石墨烯与重金属之间的界面上，强自旋-轨道耦合发生，导致各种量子效应，如能级分裂（拉施巴效应）和自旋排列的变化（朱雅洛申斯基-莫里亚相互作用）。自旋偏转效应在稳定称为斯凯里米昂的漩涡状自旋纹理方面尤为重要，这些结构非常适合用于自旋电子应用。
增加钴单层
西班牙-德国团队的最新研究表明，通过在石墨烯和重金属（在此情况下为铱）之间插入几层铁磁性钴，可以显著增强前面提到的效应。该研究中使用的样品是在绝缘基底上生长的，这对创建利用这些效应的多功能自旋电子设备至关重要。
观察相互作用
“在BESSY II，我们分析了由石墨烯、钴和铱组成的界面的电子结构，”HZB的物理学家哈梅·桑切斯-巴里加博士解释道。关键发现意外地揭示出，石墨烯不仅与钴相互作用，还通过钴层与铱相互作用。“石墨烯与重金属铱之间的相互作用是通过铁磁性钴层促进的，”桑切斯-巴里加澄清道。铁磁层增强了能级的分裂。“我们可以通过调整钴单层的数量来操控自旋偏转效应，三层为最佳，”他补充道。
这一结论得到了实验结果的支持，以及基于密度泛函理论的新计算。两个量子效应可以相互作用并增强彼此，这是既新颖又令人惊讶的。
BESSY II的自旋-ARPES
“我们之所以能够获得这些新见解，是由于BESSY II的高灵敏度仪器，这些仪器可以测量具有自旋分辨率的光发射（自旋-ARPES）。这种有利的情况使我们非常准确地确定自旋偏转的来源，特别是拉施巴型自旋-轨道分裂，可能甚至比自旋偏转本身更为准确，”HZB“量子材料中的自旋与拓扑”部门负责人奥利弗·拉德教授强调。全球很少有机构拥有这样能力的仪器。研究结果表明，基于石墨烯的异质结构在未来自旋电子设备中具有重要前景。
