《自旋霍爾效應的微觀機理研究》是依託復旦大學，由金曉峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：自旋霍爾效應的微觀機理研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：金曉峰
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自旋霍爾效應是在自旋電子學中很具有潛在套用價值的一個效應，但有關其微觀機理研究遠不能讓人滿意，這其中最關鍵的問題在於，實驗上至今還無法區分出自旋霍爾效應的本徵貢獻和非本徵貢獻，這就限制了人工調控的可能性。針對這一困難，我們提出兩種不同的實驗方案(H圖形以及鐵磁注入)，通過系統調節分子束外延單晶薄膜的厚度，取得由於有限尺度效應導致的自旋霍爾效應的差異，進而建立自旋霍爾電導率與縱向電導率的標度關係，最後區分出來本徵與非本徵貢獻。我們期望這一研究將有助於加深對自旋霍爾效應的理解，並推動自旋電子學的發展。
結題摘要
自旋電子學基於對電子自旋的調控和探測，為突破傳統電子學的發展瓶頸提供了可能，從而成為近年來凝聚態物理學的研究熱點。自旋霍爾效應（和逆自旋霍爾效應），作為一種實現電流與自旋流相互轉化的手段，在自旋電子學的研究中占有重要地位，但有關其微觀機理的研究還遠不能讓人滿意。其中關鍵的問題在於：實驗上難以區分自旋霍爾效應的本徵貢獻和非本徵貢獻。這就限制了人工調控的可能性。由於自旋霍爾效應不直接產生可測量的霍爾電壓，人們只能通過一些較為複雜的實驗手段進行觀測和研究。複雜的樣品結構和物理過程使得定量開展自旋霍爾效應的研究面臨巨大障礙。 本項目中，我們通過使用“H圖形”的方法研究了Au薄膜和Bi摻雜的Cu薄膜中的自旋霍爾效應，並結合鐵磁金屬中反常霍爾效應標度關係的研究，為實驗上區分自旋霍爾效應中的本徵貢獻和非本徵貢獻提供了深刻洞見。 本項目取得的科學研究成果主要有：（1）系統地發展了“H圖形”探測金屬薄膜中自旋霍爾效應的方法，證實 “H圖形”非局域電壓信號中存在自旋霍爾效應的貢獻，並做了仔細的定量分析；（2）使用“H圖形”的方法確定了多晶、單晶Au薄膜的自旋霍爾角和自旋擴散長度，澄清了數年以來關於Au薄膜自旋霍爾角大小的爭議；（3）通過對不同厚度準一維Au納米線中反弱局域化效應的研究，確定了Au的自旋擴散長度；（4）使用delta摻雜技術在Cu薄膜中摻入微量的Bi原子，在一個原本自旋軌道耦合較弱的材料Cu中實現了可觀的自旋霍爾效應，這個效應來源於傳導電子與Bi雜質原子之間強烈的自旋軌道散射；（5）實驗證實了反常霍爾效應的side-jump機制；（6）建立了多種散射機制共存情況下的反常霍爾效應的一般標度關係。此外，在項目的支持下，我們對Bi(111)薄膜表面態的量子輸運行為和Bi/Ni雙層膜的非常規超導現象等的研究也取得了巨大進展。這些研究成果不僅加深人們對於自旋霍爾效應微觀機制的理解，而且為通過人工調控自旋相關散射提高電流-自旋流轉化效率指明了方向，推動了自旋電子學的發展。
