葛惟昆教授与合作者在自旋电子学研究方面取得进展

近期，我系葛惟昆教授与北大物理学院沈波教授研究组合作，在Nature Journals出版的期刊Scientific Reports上发表了3篇论文，其中他作为通讯作者之一的两篇论文介绍了他们在自旋电子学研究方面取得的新成果。

论文一：“Spin transport study in a Rashba spin-orbit coupling system” (SREP-4-04030)

该文研究了自旋电子学中重要的自旋输运问题。对AlxGa1-xN/GaN异质结二维电子气，利用依赖于螺旋度的光电流技术，测量了电子自旋的扩散系数与漂移迁移率的比例关系。采用了圆偏振光的垂直入射，并加以横向电场，同时基于电子的Rashba自旋-轨道耦合，产生了光生反常霍尔效应（PI-AHE）和反常圆偏光伏效应（PI-ACPGE）。通过移动辐照光斑的位置，可以区分上述两种效应，并推算出分别与之相关的电子自旋漂移迁移率和扩散系数。在室温下，得到的结果为0.08伏特，不同于根据爱因斯坦公式D/μ=kT/q所得的0.026伏特。这说明由于电子自旋并不像电子数一样是守恒量，所以未必遵守爱因斯坦公式。

图1：（a）PI-AHE示意图 （b）ACPGE示意

图2：（a）（b）自旋光电流在不同横向电场下随光斑位置移动的变化；

（c）（d）自旋光电流在不同横向电场下随光斑位置移动变化的拟合曲线。

自旋扩散系数与迁移率之比由机极值位置 x₁, x₂给出。

论文二：“Identification of Helicity-Dependent Photocurrent from Topological Surface States in Bi2Se3 Gated by Ionic Liquid” (SREP-13-06283B)

该文通过依赖于螺旋度的自旋光电流（HDP）测量，研究了拓扑绝缘体的狄拉克表面态。由于拓扑绝缘体的狄拉克表面态具有手性自旋结构，并与动量锁定，因此在物理意义上很有意思，同时也可能在自旋电子学方面有重要应用。本实验测量具有调栅功能的HDP，区分其中的两部分贡献，分别来自狄拉克表面态和体材料的表面电子积累层。由于这两种贡献产生的电流方向相反，而电子表面积累层又可以通过离子液体栅极（ILG）调节浓度，因此狄拉克表面态的贡献可以得到明确确认，这对于研究狄拉克表面态和拓扑绝缘体在自旋电子学中的应用都具有价值。

图3：（a）由ILG 形成的双层电容示意图.；

（b）利用ILG对HDP形成栅调制的倾视图，栅极电压加在样品和栅电极之间；

（c）HDP 和表面电场变化对栅压的依赖关系