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一种新型铁电 Rashba 半导体。

A Novel Ferroelectric Rashba Semiconductor.

作者信息

Krizman Gauthier, Zakusylo Tetiana, Sajeev Lakshmi, Hajlaoui Mahdi, Takashiro Takuya, Rosmus Marcin, Olszowska Natalia, Kołodziej Jacek J, Bauer Günther, Caha Ondrej, Springholz Gunther

机构信息

Institut für Halbleiter und Festkörperphysik, Johannes Kepler Universität, Altenberger Strasse 69, Linz, 4040, Austria.

Department of Condensed Matter Physics, Masaryk University, Kotlárská 2, Brno, 61137, Czech Republic.

出版信息

Adv Mater. 2024 Mar;36(13):e2310278. doi: 10.1002/adma.202310278. Epub 2023 Dec 24.

DOI:10.1002/adma.202310278
PMID:38100676
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11475528/
Abstract

Fast, reversible, and low-power manipulation of the spin texture is crucial for next generation spintronic devices like non-volatile bipolar memories, switchable spin current injectors or spin field effect transistors. Ferroelectric Rashba semiconductors (FERSC) are the ideal class of materials for the realization of such devices. Their ferroelectric character enables an electronic control of the Rashba-type spin texture by means of the reversible and switchable polarization. Yet, only very few materials are established to belong to this class of multifunctional materials. Here, Pb GeTe is unraveled as a novel FERSC system down to nanoscale. The ferroelectric phase transition and concomitant lattice distortion are demonstrated by temperature dependent X-ray diffraction, and their effect on electronic properties are measured by angle-resolved photoemission spectroscopy. In few nanometer-thick epitaxial heterostructures, a large Rashba spin-splitting is exhibiting a wide tuning range as a function of temperature and Ge content. This work defines Pb GeTe as a high-potential FERSC system for spintronic applications.

摘要

对于下一代自旋电子器件,如非易失性双极存储器、可切换自旋电流注入器或自旋场效应晶体管而言,快速、可逆且低功耗地操控自旋纹理至关重要。铁电 Rashba 半导体(FERSC)是实现此类器件的理想材料类别。其铁电特性能够通过可逆且可切换的极化实现对 Rashba 型自旋纹理的电子控制。然而,仅有极少数材料被认定属于这类多功能材料。在此,PbGeTe 被揭示为一种新型的直至纳米尺度的 FERSC 体系。通过温度依赖的 X 射线衍射证明了铁电相变及伴随的晶格畸变,并通过角分辨光电子能谱测量了它们对电子性质的影响。在几纳米厚的外延异质结构中,大的 Rashba 自旋分裂展现出作为温度和 Ge 含量函数的宽调谐范围。这项工作将 PbGeTe 定义为用于自旋电子应用的高潜力 FERSC 体系。

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