Spin-orbit coupling in graphene/transition metal dichalcogenides devices
Aquest treball s’emmarca dins els camps de l’espintrònica i la spin-orbitrònica, l’objectiu final del qual és controlar el grau de llibertat de l’espín de l’electró mitjançant l’acoblament spin-òrbita (SOC) en sistemes d’estat sòlid. La recerca d’un major control de l’espín ha pres una direcció emoc...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2020 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/671043 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/671043 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Espintrònica Espintrónica Spintronics Grafè Grafeno Graphene Acoblament spin-òrbita Interacción espín-orbita Spin-orbit coupling Ciències Experimentals 538.9 |
| Sumario: | Aquest treball s’emmarca dins els camps de l’espintrònica i la spin-orbitrònica, l’objectiu final del qual és controlar el grau de llibertat de l’espín de l’electró mitjançant l’acoblament spin-òrbita (SOC) en sistemes d’estat sòlid. La recerca d’un major control de l’espín ha pres una direcció emocionant amb l’aïllament i posterior demostració de la injecció d’espín en grafè. Degut al baix SOC intrínsec del grafè, els espins poden viatjar distàncies llargues a través de la seva xarxa cristal·lina, la qual cosa fa del grafè un canal ideal per al transport d’espins. Tanmateix, el SOC feble del grafè inhibeix la manipulació i la creació de les corrents d’espín mencionades, fonamentals per tal d’implementar amb èxit dispositius basats en l’espín de l’electró. Aquesta limitació pot ser superada augmentant el SOC a través d’efectes de proximitat amb els dicalcogenurs de metalls de transició (TMDC) en estructures de van der Waals heterogènies. Els TMDC són semiconductors bidimensionals que posseeixen un SOC intrínsec fort. En aquesta tesi, utilitzant mesures de transport d’espín, investiguem el SOC induït en el grafè per la proximitat dels TMDC per aconseguir dos objectius principals: 1. Obtenir indicis d’un augment en l’acoblament spin-òrbita i espín-vall en el grafè modificat per la proximitat amb un TMDC semiconductor utilitzant mesures de transport d’espín. 2. Estudiar la possibilitat de generar corrents d’espín utilitzant l’acoblament espín-òrbita induït en el grafè, eina fonamental per a la generació i detecció d’espins sense utilitzar materials magnètics. Per aconseguir aquests objectius, s’han dedicat molts esforços a la fabricació de mostres acuradament dissenyades, a adaptar i proposar protocols experimentals basats en mesures de precessió d’espín, i a l’anàlisi i modelatge de les senyals. Com a resultat, s’ha aconseguit fer diverses contribucions rellevants per a la comprensió dels fenòmens de spin-òrbita en heterostructures de grafè i TMDCs, que resumides d’acord amb els objectius són: 1. La demostració inequívoca d’una dinàmica d’espín anisotròpica en heteroestructures que comprenen grafè, WS2, MoS2 i WSe2. Utilitzant mesures de precessió d’espín obliqua i fora del pla, demostrem que el temps de vida de l’espín és més gran quan els spins apunten fora del pla del grafè. Observem que el temps de vida de l’espín varia en un ordre de magnitud depenent de la seva orientació, indicant que el fort acoblament espín-vall de l’TMDC s’imprimeix en el grafè i és percebut pels espins que es propaguen. A més, mostrem que aquesta relaxació anisotròpica d’espín es pot controlar elèctricament, canviant d’un règim altament anisotròpic a un de gairebé isotròpic. Aquestes troballes proporcionen una plataforma per explorar fenòmens d’acoblament espín-vall, i ofereixen noves estratègies per a la manipulació d’espín basades en l’anisotropia de relaxació d’espín en materials bidimensionals. 2. La demostració d’una conversió de corrents d’espín a corrents de càrrega, i viceversa, en grafè. Aquesta conversió facilitada per la proximitat de l’grafè amb un WS2 i mesurada a temperatura ambient. Realitzant experiments de precessió d’espín en estructures tipus Hall, separem les contribucions de l’efecte Hall i galvànic de spin. Sorprenentment, les eficiències de conversió d’espín corresponents a cadascun dels mecanismes es poden ajustar tant en magnitud com en signe mitjançant una comporta electrostàtica, essent màximes prop del punt de neutralitat de càrrega del grafè. L’eficiència mesurada d’aquests efectes és comparable a les eficiències més grans publicades fins ara. Aquest grau de control assolit mitjançant camps elèctric proporciona una eina per a la generació de corrents d’espín sense utilitzar materials magnètics, i per a tecnologies de memòries magnètiques ultra compactes. |
|---|