Detekce elektricky modulovaného inverzniho spinového Hallova jevu v Fe/GaAs heterostrukturách

Spinový Hallův jev je relativistický efekt založený na spin-orbitální interakci, který může být využit k elektrické generaci či detekci spinových proudů v nemagnetických systémech. V článku publikovaném v časopise Physical Review Letters jsem představili experimentální a teoretickou práci v tomto oboru, která vznikla v rámci naší dlouhodobé spolupráce s laboratořemi v Nottinghamu, Cambridge a Texasu. V práci se podařilo skloubit elektrickou injekci spinů do nemagnetického polovodiče s elektrickou detekci pomocí inverzního spinového Hallova jevu v mikrosoučástkách na bázi heterostruktury Fe/GaAs. V naší mikrosoučástce je elektrická injekce a detekce spinů elektronů navíc kombinována s elektrickým ovládaním driftu elektronových spinů, čímž je elektricky ovládána velikost měřeného spinového signálu. Součástka tak reprezentuje novou experimentální realizaci elektrického spinového transistoru/modulátoru. V pozvaném přehledovém článku publikovaném ve zvláštním vydání o Spintronice časopisu Nature Materials jsme zmínili tento nový výsledek spolu řadou dalších prací naší skupiny a skupin z celého světa, které během deseti let od objevu spinového Hallova jevu pomohly objasnit jeho fyzikální podstatu a využití v experimentálních mikroelektronických součástkách.

(a) Polovodičová součástka na detekci inverzního spinového Hallova jevu s elektrickou modulací spinového signálu. Schematický obrázek ukazuje experimentální uspořádání (b) Měřené signály nelokálního spinového ventilu (VNL) a (c) inverzního spinového Hallova jevu (VH) v podélném magnetickém poli Bx. Měření byla prováděna při spinovém injektujícím proudu IB = 300 μA a pro tři různé driftové proudy ID označené v panelu (a). (d),(e) Opovídající teoretické výpočty měřených spinových signálů.

¹Institute of Physics ASCR, v.v.i., Cukrovarnická 10, 162 53 Praha 6, Czech Republic
²School of Physics and Astronomy, University of Nottingham, Nottingham NG7 2RD, UK
³Hitachi Cambridge Laboratory, Cambridge CB3 0HE, UK
⁴Microelectronics Research Centre, Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Cambridge CB3 0HE, United Kingdom
⁵Department of Physics, Texas A&M University, College Station, Texas 77843-4242, USA