为此，课题组研究人员提出利用h-BN/graphene/h-BN二维垂直异质结构获得完全自旋极化输运。h-BN/graphene/h-BN通过AA堆积形成三明治式的垂直异质结构，中间层的锯齿形graphene纳米带具有局域的边沿态且分布在两套不同的子晶格上，单独的锯齿形graphene纳米带是自旋简并的，加上两层BN后形成的h-BN/graphene/h-BN二维垂直异质结构产生了自旋劈裂。研究发现，BN层产生的stagger势作用在graphene两套不同的子晶格上，使得具有不同自旋的边沿态能量沿着相反方向移动，因此自旋简并被打破。其中，自旋向上的带隙小于自旋向下的带隙。然后通过利用线偏振光照射器件的中心区，选择合适的光子能量使得只有一种自旋的电子从价带跃迁到导带。最后在较小的偏压下（低于自旋向上的带隙），导带上被激发的电子向其中一个电极端流动，形成光电流。这种方案获得的完全自旋极化输运不依赖于层间距的变化（压缩或拉伸）或者层与层之间的相对位置，且可以很好地避免其它方法的缺陷。这些结果不仅为石墨烯在自旋电子学中的应用提供了新的方案，同时也为拓展二维材料的应用领域和应用方式提供了新的思路。
以上研究得到了国家自然科学基金项目和中科院超算中心合肥分中心的资助。
文章链接：http://doi.org/10.1039/C7NR06159E
图1. (a) h-BN/graphene/h-BN垂直异质结构；(b) h-BN/graphene/h-BN垂直异质结构能带图。
图2.(a) BN纳米带作用在中间graphene层的有效势；(b) 偏压下，光电流随光子能量变化。
