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北理工物理学院在石墨烯自旋电子学研究取得重要进展

发布日期:2017年02月24日

  

  北理工物理学院吴汉春教授课题组在石墨烯自旋电子学研究方面取得重要进展。2017年2月15日,吴汉春教授和台湾大学张庆瑞教授课题组合作撰写的论文“Large Positive In-Plane Magnetoresistance Induced by Localized States at Nanodomain Boundaries in Graphene”在国际权威学术期刊Nature Communications(《Nat. Comm. 8, 14453, 2017; DOI:10.1038/NCOMMS14453)在线发表。吴教授为论文的第一作者和共同通讯作者。

  自旋电子学研究利用创新的方法来操纵电子自旋自由度进行信息的传递、处理与存储,具有目前传统微电子学无法比拟的优势。当前自旋电子学正处于快速发展时期,随着科学技术的发展和人们认识水平的提高,很多新的现象和应用不断被揭示和发现。进入新世纪以来,以石墨烯为代表的二维材料的出现,为自旋电子学的发展带来了新的动力。石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”,已掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。石墨烯具有非凡的电子性质,有别于一般的导体,它不但能传递电子讯号,更特别的是它能长距离的保持电子自旋的讯号,使得电子传输除了能有效传导电子,也能传递电子自旋讯号,因此有可能成为自旋电子学领域内充满希望的材料。但是石墨烯自身没有磁性,如何有效地引入自旋是该领域最主要的问题。

  吴汉春课题组与台湾大学张庆瑞教授课题组就这一问题展开合作,他们通过理论和实验相结合研究了纳米缺陷对石墨烯自旋输运的影响,发现5-7-5-7线缺陷的局域态在无外加磁场下能产生室温自旋过滤效应,在施加面内磁场下能导致一个5%的正磁阻,从而提供了一种在石墨烯体系中引入自旋自由度的新途径(如下图所示)。

                                            

                                                       石墨烯线缺陷自旋过滤效应示意图

  该工作由多家单位国际合作完成。主要合作者还包括俄罗斯科学院固体所Alexander Chaika博士,爱尔兰圣三一学院物理系系主任Igor Shvets教授,德国汉堡大学Alexander Lichtenstein教授,荷兰奈梅亨大学Mikhail Katsnelson教授和中科院等离子所刘华军研究员。该工作得到了北京理工大学学术启动计划和沙特Aramco工业基金的资助。

  吴汉春2008年博士毕业于爱尔兰圣三一学院,并留校任职。2014年6月来我校工作并组建了纳米磁学和自旋调控实验室开展研究。入职以来共发表SCI论文20篇,其中第一作者/通讯作者发表16篇,主要包括Nature Communications 1篇,ACS Nano 2篇,Advanced Functional Materials 1篇,Nano Energy 1篇,Nanoscale 3篇,APL 1篇,Scientific Reports 2篇等。合作发表Nano Letters 2篇,ACS Nano 1篇。此次在石墨烯上发现可以利用线缺陷造成自旋电子的产生与传输,有望开拓石墨烯产业的崭新方向。

  文章链接: http://www.nature.com/articles/ncomms14453

  审核:江兆潭