自旋电子学利用电子的自旋属性来执行逻辑任务和数据存储，这种设备在速度和能源消耗方面可能比传统半导体有显著优势。然而，如何在材料中产生和操控自旋结构一直是一个挑战。现在，一个西班牙-德国的研究团队发现，通过在石墨烯和重金属（如铱）之间插入几层铁磁元素钴，可以显著增强这些效应。

石墨烯是一种由碳原子构成的二维蜂窝结构，被认为是自旋电子学应用的有趣候选材料。通常，石墨烯被沉积在一层重金属薄膜上。在石墨烯和重金属之间的界面处，会产生强烈的自旋轨道耦合，导致包括能量级自旋轨道分裂（Rashba效应）和自旋对齐的倾斜（Dzyaloshinskii-Moriya相互作用）在内的不同量子效应。

研究团队发现，当在石墨烯和重金属（本研究中为铱）之间插入几层钴时，这些效应会显著增强。这种样品是在绝缘基底上生长的，这是利用这些效应的多功能自旋电子学设备实施的先决条件。

在BESSY II上，研究人员分析了石墨烯、钴和铱之间的界面电子结构。最重要的发现是：与预期相反，石墨烯不仅与钴相互作用，还通过钴与铱相互作用。

"石墨烯与重金属铱之间的相互作用是通过铁磁钴层介导的，" Sanchez-Barriga解释说。铁磁层增强了能级的分裂。"我们可以通过钴单层的数量来影响自旋倾斜效应；三层是最好的，" Sanchez-Barriga说。

这一结果不仅得到了实验数据的支持，还得到了使用密度泛函理论进行的新计算的支持。这两种量子效应相互影响和增强是新的和意想不到的。

这项研究展示了基于石墨烯的异质结构在下一代自旋电子学设备中的巨大潜力。通过精确控制材料的自旋结构，科学家们能够设计出更快、更节能的电子设备。我们邀请您在评论区分享您对这项研究的看法，以及您认为自旋电子学将如何塑造电子设备的未来。

参考资料：DOI： 10.1021/acsnano.4c02154