课题基金 / 基金详情

石墨烯中电子自旋弛豫动力学的飞秒时间分辨磁光谱研究

批准号:
12074441
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
赖天树
依托单位:
学科分类:
超快超强光物理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
赖天树

项目摘要

结项摘要

赖天树的其他基金

相似基金

相关文献

中文摘要
石墨烯有弱自旋-轨道耦合与超精细作用,被认为是理想的自旋电子学材料。理论预测其自旋弛豫时间为微秒至毫秒量级。然而,至今报道的最长测量自旋弛豫时间仅12ns,比预测值小3-6个数量级。理论预测与实验值的巨大差异的起因至今无共识。我们认为原因在于实验测量对石墨烯施加了强的影响,极大地缩短了石墨烯的电子自旋弛豫时间,导致测量值与预测值不具有可比性。实验测量使用一对自旋阀。我们认为正是自旋阀结构中的磁电极极大地影响了石墨烯的自旋弛豫,导致不能测量到本征石墨烯的自旋弛豫时间。本项目提出非磁半导体/石墨烯异质结,实现全光学自旋极化注入和自旋弛豫动力学时间分辨磁光探测,首次在时域上演示纯洁石墨烯的自旋弛豫动力学及其随磁掺杂浓度的变化。同时,研究EY和DP自旋弛豫机制在石墨烯中的有效性,从而弄清目前报道的测量和理论预测自旋弛豫时间的巨大差异的起因。本项目发展全新的实验技术,具有显著的创新性。
英文摘要
Graphene is regarded as an ideal spintronic material and predicted to have a long spin relaxation time in the range of us to ms due to its weak spin-orbit coupling and hyperfine interaction. However, a short spin relaxation time of only 12 ns was measured so far experimentally, being 3-6 orders of magnitudes shorter than one predicted theoretically. The origin of such a big discrepancy between the measured and predicted values is incompletely understood so far. We think that the origin is from very strong effects of experimental measurements on spin relaxations in graphene, which extremely shortens the spin relaxation time of graphene so that the measured spin relaxation time and predicted one of pristine graphene is incomparable. A pair of spin valves was used in experimental measurement of spin relaxation. We think that it was the magnetic electrodes in spin valves that extremely affected spin relaxation behaviors in graphene, led to that the intrinsic spin relaxation time of graphene could not be measured. In this project, a nonmagnetic semiconductor/graphene heterostructure is proposed to realize all-optical injection of electron spin polarization into graphene, while spin relaxation dynamics is all-optical measured by time-resolved magneto-optical spectroscopy. Spin relaxation dynamics in pristine graphene and their magnetic doping density dependence will be demonstrated directly in time domain for the first time worldwide. Meanwhile, the effectiveness of EY and DP spin relaxation mechanisms will be tested in graphene so that the origin of the big discrepancy between measured and predicted spin relaxation times can be understood completely. New experimental techniques will be developed in this project so that there are significant innovations.
石墨烯被认为是理想的自旋电子学材料,理论预测它具有毫秒级的长电子自旋弛豫时间,其电子自旋弛豫研究成为国际前沿研究热点。然而,至今报道的最长实验测量的电子自旋弛豫时间仅为12ns,比理论预测值小6个数量级。这个测量和预测值间的巨大差距的原因至今不完全清楚,导致石墨烯自旋电子器件进展缓慢。本项目认为有两种可能性导致了这个测量与预测自旋弛豫时间巨大差异。一种可能是实验测量对石墨烯的自旋弛豫产生了强的影响,所测量到的自旋弛豫时间已经不是理论预测的纯洁石墨烯的自旋弛豫时间,而是受到强的实验测量影响的石墨烯的自旋弛豫时间。第二种可能性是理论计算出错或模型错了,这需要理论物理学者的再检查。然而,第一种可能性也是比较大的,因为目前国际上报道的所有测量都是基于双自旋阀结构,测量非局域自旋磁阻的Hanle效应来获取自旋弛豫时间。自旋阀结构中的铁磁金属电极及其制作过程中的磁杂质污染能极大地影响自旋弛豫动力学。已有报道Ni和Co衬底能使石墨烯打开约1eV的带隙,完全破坏了石墨烯的狄拉克锥能带结构,所以测量的自旋弛豫时间根本就不是本征石墨烯的自旋弛豫时间。为了消除磁电极对石墨烯的强烈影响,本项目提出构建非磁半导体/石墨烯异质结。通过圆偏振光激发非磁半导体中电荷自旋,再输运进入石墨烯层中,实现石墨烯中电荷自旋的光注入。因此,本项目采用第一性原理密度泛函计算,设计了CdTe/G,InP/G,MoS2/G和MoSe2/G异质结,然后制备它们,并采用时间分辨光谱方法实验研究这些异质结的层间电荷自旋输运动力学。发现MoS2/G和MoSe2/G异质结中能实现全光电荷自旋注入进石墨烯。此外,在MoS2/G和MoSe2/G异质结中还发现意外现象-石墨烯的自旋滤波效应,使用线偏振光激发石墨烯,能向MoS2和MoSe2中注入自旋极化,结果石墨烯自身也被自旋极化。此外,结合国际热点,还研究了新型二维MoSi2N4和二维铁磁FeCl2薄膜的超快电荷自旋动力学,类超晶个相变薄膜的多及相变呈现机理等。已发表研究论文28篇,获中国发明专利授权1项,培养博士生4名,硕士毕业生3名。
石墨烯中自旋极化电子光注入与自旋弛豫动力学的磁光谱研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    赖天树
  • 依托单位:
纳米多层相变薄膜的相变参数的纳米结构调控机理研究
  • 批准号:
    11774438
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    74.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    赖天树
  • 依托单位:
石墨烯中超快载流子弛豫与输运动力学的飞秒吸收光谱研究
  • 批准号:
    61475195
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    赖天树
  • 依托单位:
GaAs半导体及其量子阱中电子自旋输运动力学的飞秒吸收光谱研究
  • 批准号:
    11274399
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    93.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    赖天树
  • 依托单位:
国内基金
海外基金