石墨烯橫向自旋閥研究進展

郭子政

（華南農業大學電子工程學院應用物理系 廣東 廣州 510642）

石墨烯橫向自旋閥研究進展

郭子政

（華南農業大學電子工程學院應用物理系 廣東 廣州 510642）

橫向自旋閥是目前最重要的一種自旋器件。本文綜述石墨烯作為橫向自旋閥溝道材料的研究進展。雖然石墨烯作為橫向自旋閥溝道材料的研究的報道已經很多，但是對于其電阻率、自旋壽命、自旋擴散長度、自旋霍爾角、自旋信號以及與其他材料的接觸電阻等參數的確定仍有問題。目前實驗獲得的這些數據差別較大，影響因素尚不清晰。另外理論工作相對缺乏。這些問題將影響石墨烯在自旋電子學中的應用，需要進一步深入研究。

自旋電子學；自旋輸運；橫向自旋閥；石墨烯

1.引言

石墨烯（Graphene）是由單層碳原子組成的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

石墨烯特殊的性能使其具有廣闊的應用前景，其特殊的物理性質也為研究者進行基礎物理研究提供了平臺。

近年來石墨烯得到廣泛宣傳，特別是廣告和媒體的宣傳使得它神乎其神。根據媒體宣傳，石墨烯的特性主要表現在以下幾個方面。首先是優異的導電性：石墨烯電阻率極低，即電導率極高（它的電導率比銅還高）。石墨烯具有高電子遷移率、可調載流子濃度等性質。第二是優異的導熱性：熱導率超高。第三是優異的機械性能：比如，它是一種超硬的材料。第四，相比較其他材料，它的自旋軌道相互作用極其小。這意味著其自旋很少與軌道移動產生相互作用，所以石墨自旋所儲藏的信息就能夠比其他材料持續更長久。第五，自旋輸運方面，其室溫自旋壽命很高，理論預測純石墨烯的自旋壽命在1微秒左右，其室溫自旋輸運相干擴散長度長達數微米，是自旋電子學應用的理想材料。

應用方面，利用自旋，石墨烯自旋轉移力矩(Spin Transfer Torque ,STT)的邏輯器件可用于信息處理。基于石墨烯的自旋電子器件已經提出很多。石墨烯橫向自旋閥（lateral spin valve，LSV）結構是實現自旋晶體管、自旋磁開關等器件的基礎。這些器件的基礎都是自旋電流的操控。包括自旋流產生、自旋流輸運、自旋流探測等。

巨磁阻（GMR）效應的發現帶來了磁存儲技術的革命性的進展并開創了自旋電子學的新的學科領域。發現GMR效應的磁多層膜結構主要由鐵磁/非磁金屬/鐵磁三層薄膜構成，一般稱作自旋閥結構，或垂直自旋閥（vertical spin valve，VSV）結構。如果將VSV中的非磁層取為薄的絕緣體層，此VSV即為磁隧道結（MTJ）。VSV不利于與其他器件大規模集成,另外，VSV屬于局域自旋閥，無法分離電荷流和自旋流。LSV是一種非局域自旋閥。非局域自旋閥可以分離電荷流和自旋流[1]。

LSV中的兩個鐵磁體分別稱為自旋閥的固定層（F1）和自由層（F2）。F1的磁化方向不變，電流經F1變成極化電流，所以也稱注入器，極化電流經非磁溝道輸運到F2并由F2探測，所以，F2也稱探測器。F2的磁化方向可由極化電流或磁場驅動翻轉。LSV性能主要由鐵磁/非磁界面的接觸特性和溝道材料的輸運特性決定。描寫鐵磁/非磁界面的接觸特性的參數有自旋注入效率和接觸電阻等。研究表明，鐵磁體和溝道材料之間加絕緣層，即兩者之間實現隧道接觸可以極大地提高自旋注入效率。極化電流在溝道材料的輸運特性由材料的自旋壽命、自旋擴散長度等參數決定。

LSV溝道材料要求：室溫工作，自旋注入效率高，柵極可控的自旋輸運，自旋壽命長，擴散長度大，能夠對自旋操縱。石墨烯滿足橫向自旋閥溝道材料要求：室溫工作，在隧道接觸條件下可實現較高的自旋注入效率，柵極可控的自旋輸運，自旋壽命長（理論可達長的壽命，但實驗值遠低于理論值），擴散長度大，能夠對自旋操縱。所以石墨烯被認為是理想的溝道材料。

2.自旋流的產生

自旋電子學中，自旋電流的產生和探測具有非常重要的地位。目前，已有多種方法可以產生純自旋流，如自旋霍爾效應(spin Hall effect, SHE)、LSV的非局域自旋注入、鐵磁共振自旋泵浦（spin pumping）、自旋塞貝克效應等[2,3]。本文重點討論LSV的非局域自旋注入。

LSV結構由于可以方便分離電荷流和自旋流而受到許多人青睞。在這種結構中，自旋流通過電荷流經LSV的釘扎層F1注入產生，流入GSHE材料的自旋流除與F1有關外，還與LSV的自由層F2（探測器）相關，比如，流入GSHE材料的自旋流可能與F2位置有關，或者依賴于釘扎層F1和自由層F2的相對磁化取向。所謂巨磁阻就是定義為F1和F2反平行和平行情況下磁阻的差。在此基礎上形成了非共線磁電子學[4]。

對于石墨烯LSV結構，最初的注入效率很低，只有10％左右。隨后的研究表明，這種相對低的自旋注入效率可能是由于鐵磁材料與石墨烯間的電導失配，或者其他相關效應引起的。通過改變鐵磁金屬與石墨烯的接觸方式可以有效提高自旋注入效率。這些接觸方式包括透明接觸、針孔交叉接觸和隧道接觸。所謂隧道接觸是在鐵磁金屬和石墨烯之間采用氧化鎂薄膜作為隧道勢壘，這種接觸方式可獲得相對高得多的效率。還有一種方法是使用銅等無磁性材料。隧道接觸的情況下，測量的磁電阻最大達到130Ω，相應的自旋注入效率達到30％以上[5]。

鐵磁金屬與石墨烯的接觸方式也影響石墨烯中的自旋壽命(spin lifetime)。最大限度的延長自旋壽命是石墨烯自旋電子學應用的關鍵。理論預測純石墨烯的自旋壽命在1微秒左右，而實驗獲得的數值在幾十皮秒到幾納秒之間。石墨烯自旋壽命只有達到納秒及以上，其自旋輸運才能應用于實際。兩個數量級以上的差異是致命的，它表明自旋弛豫是外源性的，比如雜質、缺陷或是研究中的誤差。

石墨烯自旋閥與二氧化硅基底隧道接觸，已經實驗觀測到幾納秒的自旋壽命，但針孔連接測得的壽命遠低于1ns。接觸引起的自旋弛豫是一個關鍵因素。這可通過提高接觸質量和是鐵磁電極間距遠大于塊材石墨烯自旋相干長度來縮短。

盡管已有大量的理論研究，但對于石墨烯自旋弛豫的來源仍知之甚少。有三種機制可用于解釋實驗趨勢。第一種是基于自旋軌道耦合。自旋軌道耦合是指電子的自旋與其運動的相互作用，自旋與由原子核周圍電子軌道產生的磁場間的相互作用導致了顆粒原子能級的改變。第二種是散射機制，利用動量散射來解釋金屬及半導體自旋電子的來源。研究結果表明，電子遷移率并不是限制自旋壽命的因素，石墨烯中帶電粒子和雜質間的散射也不是自旋弛豫的主要影響因素。第三種機制是基于由局域磁矩引起的共振散射。目前，前兩種自旋弛豫機制都沒有獲得與實驗符合的結果。兩者都預測有微秒級的壽命，但實驗表明最大只有幾納秒。只有第三種機制獲得了與單層和雙層石墨烯實驗初步吻合的結果。所以，確定自旋弛豫的主要來源對石墨烯研究人員來講仍然是一個挑戰。確定石墨烯自旋弛豫的來源將有助于提高其自旋壽命，甚至達到理論極限，這對基礎科學和技術應用都具有重要的意義。

3.自旋信號的輸運

自旋閥的整體性能由探測器探測到的信號反映出來。自旋信號或自旋累積信號（spin accumulation signal）由固定層和自由層磁化方向平行和反平行時非局域電阻（non-local resistance）的差定義，即其中非局域電阻定義為

橫向自旋閥的自旋信號可以通過解析的手段推導[6-8]，也可通過電路模型計算[9-11]。

3.1 基于一維擴散-漂移模型的解析結果

3.1.1 不考慮接觸電阻

文獻[6-8]給出了橫向自旋閥中的非局域電阻表達式，，其中但他們的計算沒有考慮界面電阻。

3.1.2 考慮接觸電阻

文獻[12]給出了橫向自旋閥中的自旋信號、自旋電流表達式，他們的計算中考慮了界面電阻，因此可以分別處理金屬接觸或隧道接觸等情況。文獻[12]給出的主要公式如下:

其中sR與前文給出的nlRΔ含義相同。（注意這里自旋電阻的定義與文獻[6-8]不同，相差的系數）12,RR為界面接觸電阻。

根據兩個結的接觸情況，(1)式可以化簡：

變為

3.2 電路模型

為描寫橫向自旋閥中的自旋輸運， 普渡大學Srinivasan等人提出了一個四分量分布式自旋電路模型（4-component distributed spin-circuit model）[9-11]。這個模型是基于自旋擴散方程，所以各單元長度都必須小于自旋擴散長度。此模型的主要公式見[13-14]。

3.3 石墨烯的結果

文獻[15,16]將[12]的結果用于石墨烯橫向自旋閥。定義其中W為石墨烯溝道寬度，L為石墨烯溝道長度。由(2),假設注入器和探測器的接觸電阻R1=R2=Rc；注入端和探測端的極化率P1=P2=PJ（隧道接觸）；

若再假設RF?RG(因為石墨烯的自旋擴散長度大很多)，（3）被化簡為對于透明接觸，Rc?RG，對于隧道接觸

3.3.1 石墨烯自旋閥自旋電流計算[17,18]

若再假設RF?RG因為石墨烯的自旋擴散長度大很多)，對于隧道接觸的情況Rc?RG?RF，其中對于透明接觸cFRR?，再假設RF?RG則Rc?RF?RG，其中

3.3.2 石墨烯的自旋信號

文獻[5]在隧道接觸條件下，得到石墨烯自旋閥條件為這是迄今最好的實驗結果。

也可用電路模型計算石墨烯自旋閥的自旋電阻，但是這個電阻要比實驗結果小一個量級。文[19]指出這是由于測量中附加了背景信號（Measured background signal）所致。

表1 石墨烯接觸電阻Table 1 The contact resistance of graphene

4.自旋流探測

純自旋流無法直接通過電測量方式探測，但在非磁材料中的純自旋流，由于自旋-軌道作用（spinorbit interaction，SOI），在垂直于自旋流和自旋取向的橫向方向產生電荷積累，即所謂逆自旋霍爾效應（inverse SHE，ISHE）[26]，由此開啟了電探測自旋流的新大門。ISHE也成為研究的熱點之一。

首先是機制研究。SHE起源于SOI，由于SOI分為本征和外在(intrinsic and extrinsic)兩種，因此SHE也分為本征SHE和外在SHE (intrinsic and extrinsic SHE) 。同理，ISHE也分為本征ISHE和外在ISHE。Liu等人同時考慮SHE的本征和外在機制，理論研究了非局域自旋注入方法產生的ISHE[27]。

1996年Slonczewski等人發現了STT現象[28]，這是上世紀末自旋電子學領域的一項重大發現。利用STT可設計新型的自旋電子器件，比如自旋矩納米振子[29]、自旋矩磁隨機存儲器等。

2014年，研究者發現，除了STT， SOI引起的自旋軌道矩（spin-orbit torque, SOT）在沒有外加磁場的條件下也可以引起磁矩翻轉[30]。進一步的研究表明，SOT可以分為兩種，其一是由Rashba效應引起的扭矩RSOT，簡記為SOT，其二是SHE引起的扭矩SHT。

作為2014年一大研究熱點， SOT和SHT的機制和控制方法也引起人們極大興趣，除了應用前景外，其中的重大物理問題也引人注目。比如，研究表明SHT 和SOT起源不同[8]；SHT是重金屬層的體電流引起的，而SOT起源于界面電流產生的自旋-軌道場，因此，在外加電場不變的情況下，可通過改變材料的厚度來改變SHT而保持Rashba效應引起的SOT不變。目前關于SOT和SHT的研究主要集中在如下幾個方面，首先是通過材料更換、鐵磁和金屬層厚度的改變探索GSHE獲得的條件；其次是應用，即如何利用SOT和SHT引起鐵磁共振[31]、驅動磁疇[30]、翻轉磁矩[32,33]、制作磁振子[34]等，更深入的探索應該大有可為。

其次是材料研究。顯然只有足夠大的SHE才能產生足夠強的自旋流。只有這種強度足夠大的SHE又叫做巨自旋霍爾效應(giant spin Hall effect, GSHE)[35-37[35]或Ta[36]，W[37]可以產生足夠大的GSHE。但由于這些重金屬過于貴重，不適合批量生產。摻鉍（Bi）的銅是目前發現的可能最合適的材料[38]。目前尋找其它合適的GSHE材料的工作仍在緊鑼密鼓地進行中，一旦突破，將產生無法估量的經濟效益。

GSHE用自旋霍爾角描述。一般材料的自旋霍爾角都小于0.1，重金屬的自旋霍爾角雖然大，但如前所述，這些金屬屬于貴重材料，不適合大規模生產。常規金屬中只有CuBi的自旋霍爾角超過0.1。

由于SHE的根源在于SOI，GSHE材料必然具有較強的SOI。對于Rashba類型的SOI，SOT可等效成一個有效場的力矩。文獻[39]推導出這個有效場，并證明其與Rashba系數成正比，即SOT正比于Rashba系數。文獻[40]指出，提高Rashba系數的途徑是采用非磁金屬組合，如Bi/Ag，其Rashba系數可達3×109eV m[41]，或者采用鐵磁體與重金屬的組合。

石墨烯是近年的明星材料，其獨特的性質引起各方面的注意。由于石墨烯的SOI比較弱，其自旋霍爾角應該不會太大。但是據報道[42]， CVD生長的石墨烯，通過在石墨烯表面沉積銅可有效提高其SOI強度，所以其自旋霍爾角可達0.2，超過了CuBi。所以，人們對石墨烯在自旋霍爾效應上的表現寄予厚望。然而，理論和實驗均表明，單層石墨烯具有比較大的方塊電阻[43]，比如，按照[42]的測量，電荷濃度n=0時，單層石墨烯方塊電阻（即薄層電阻，sheet resistance）高達10 。這一特性是否會對其GSHE性能產生顯著影響尚無定論。

最后是測量技術。顯然，自旋霍爾角這樣的參數是材料的標志性參數。如何準確測量這些標志性參數成為實驗和理論研究的重要內容。在這方面，ISHE起到了至關緊要的作用。通過將純自旋電流注入具有GSHE的某種材料，則由于ISHE，在這種材料的兩端會產生一定的直流電壓，測量此直流電壓可以獲得這種材料的霍爾角。這種方法一般稱為自旋吸收技術（spin absorption technique）[44]。目前關于ISHE信號的計算的報道還很少。所以是一個值得深入探索的問題。

如果GSHE材料是開放結構，我們只能測量其上的電壓。要想測量GSHE材料中的電流，則需將GSHE材料做成閉合結構[45]。

5.小結

石墨烯作為橫向自旋閥溝道材料的研究的報道已經很多。但是對于其電阻率、自旋擴散長度、自旋霍爾角等參數的確定仍有問題。人們曾經認為，石墨烯的導電特性比金屬銅更好。但是實驗指出，石墨烯的電阻率與摻雜、柵壓等因素密切相關。實驗指出，石墨烯具有較長的自旋壽命。其自旋壽命在室溫下0.5-2ns，在4K下1-6ns[46],但遠比理論預測的小。原因尚在探討中。石墨烯具有較長的自旋擴散長度。自旋擴散長度在室溫下3-12微米[46]。但是實驗指出，利用Rashba效應測出的自旋擴散長度遠大于利用SHE效應測出的自旋擴散長度[19]。雖然實驗指出，石墨烯的自旋霍爾角可以達到0.2[42]，但這個結果卻是大尺度CVD生長的石墨烯的結果，如果是條狀石墨烯，自旋霍爾角是否能達到這個程度尚不確定。石墨烯的自旋信號在室溫下130 。在1.4K時為1[46]。但這是目前獲得的最大信號，與柵壓有關。石墨烯的接觸電阻見表1，數據差別較大，影響此接觸電阻的因素尚不清晰。另外此接觸電阻基本都是實驗測量得到，需要理論計算工作。利用Landauer公式計算接觸電阻研究正在進行[47]。上述這些因素都將影響石墨烯在自旋電子學中的應用，需要進一步深入研究。

[1]郭子政.基于朗道-利夫席茨-吉爾伯特方程的自旋閥動力學研究進展[J] .信息記錄材料 ，2014，15（3）:56-64.

[2]毛奇,趙宏武.金屬薄膜中的逆自旋霍爾效應[J] .物理，2013，42（1）：49.

[3]韓方彬,張文旭,彭斌,等.NiFe/Pt薄膜中角度相關的逆自旋霍爾效應研究[J] .物理學報， 2015，64（24）：247202.

[4]Brataasa A, Bauerb G E W, Kellyc P J. Noncollinear magnetoelectronics[J]. Physics Reports,2006, 427:157-255.

[5]Han Wei, Pi K, McCreary K M, et al. Tunneling spin injection into single layer graphene[J]. Phys. Rev. Lett. ,2010,105:167202.

[6]Kimura T,Otani Y,and Hamrle J. Enhancement of spin accumulation in a nonmagnetic layer by reducing junction size[J] .Phys. Rev. B,2006, 73:132405.

[7]Otani Y,Kimura T. Manipulation of spin currents in metallic Systems[J] .Phil. Trans. R. Soc. A ，2011，369：3136-3149.

[8]Kimura T,Hamrle J, and Otani Y.Estimation of spin-diffusion length from the magnitude of spincurrent absorption: Multiterminal ferromagnetic / nonferromagnetic hybrid structures[J]. Phys. Rev. B,2005, 72: 014461.

[9] Behin-Aein B, Sarkar A, Srinivasan S, et al. Switching energy-delay of all spin logic devices[J].Appl. Phys. Lett.,2011, 98 :123510.

[10]Behin-Aein B, Datta D, Sayeef S, et al. Proposal for an all-spin logic device with builtin memory[J].Nat. Nanotech.,2010,5:266.

[11]Datta S, Salahuddin S， Behin-Aein B. Nonvolatile spin switch for boolean and non-boolean logic. Appl. Phys. Lett.,2012，101：252411.

[12]Takahashi S and Maekawa S. Spin injection and detection in magnetic nanostructures[J].Phys. Rev. B,2003, 67:052409.

[13]Guo Zi-Zheng. Effects of the channel material parameters on the spin-torque critical current of lateral spin valves[J]. Superlattice Microstruct.,2014, 75: 468-476.

[14]郭子政, 鄧海東,黃佳聲,等.應力調制的自旋轉矩臨界電流[J].物理學報, 2014, 63(13) : 138501.

[15]Su L,Zhao W, Zhang Y,et al. Proposal for a graphene-based all-spin logic gate[J] .Appl. Phys. Lett.,2015, 106:072407.

[16] Lin Chia-Ching, Gao Yunfei, Penumatcha A V,et al. Improvement of spin transfer torque in asymmetric graphene devices[J]. ACS Nano，2014,8(4): 3807-3812.

[17] Guo Zi-Zheng.Spin-torque critical current of graphene-based lateral spin valves[J]. Superlattice Microstruct.，2015,86:150-156.

[18]郭子政.新型非局域磁納米開關的原理和研究進展[J] .信息記錄材料，2015,16（2）：45-51.

[19]Camsari K Y, Ganguly S, Datta S. Modular approach to spintronics[J].Scientific Reports | 5:10571 | DOI: 10.1038/srep10571.

[20]Liu Y P, Idzuchi H, Fukuma Y, et al. Spin injection properties in trilayer graphene lateral spin valves[J]. Appl. Phys. Lett.,2013, 102: 033105.

[21]Lin Chia-Ching, Penumatcha A V, Gao Yunfei,et al. Spin transfer torque in a graphene lateral spin valve assisted by an external magnetic field[J]. Nano Lett. 2013, 13, 5177-5181.

[22]Finocchioa G, Azzerboni B，Fuchs G D, et al. Micromagnetic modeling of magnetization switching driven by spin-polarized current in magnetic tunnel junctions[J].J. Appl.Phys.,2007, 101:063914.

[23]Volmer F, Drogeler M, Maynicke E,et al. Role of MgO barriers for spin and charge transport in Co/MgO/graphene nonlocal spin-valve devices[J] .Phys. Rev. B,2013, 88:161405(R).

[24]Tombros N, Jozsa C, Popinciuc M, et al. Electronic spin transport and spin precession in single graphene layers at room temperature[J]. Nature,448:571.

[25]Popinciuc M,Józsa C,Zomer P J,et al.Electronic spin transport in graphene fieldeffect transistors[J]. Phys. Rev. B,2009, 80:214427.

[26]郭子政.非共線橫向自旋閥結構逆自旋霍爾效應[J] .信息記錄材料，2015,16（3）：52-56.

[27]Liu S Y，Horing N J M，Lei X L. Inverse spin Hall effect by spin injection[J]. Appl. Phys. Lett.， 2007, 91(12):122508-122508-3.

[28]Slonczewski J C. Current-driven excitation of magnetic multilayers[J]. J. Magn. Magn.Mater., 1996,159:1-7.

[29] Xu H Z,Chen X, Liu J M.. Chaos suppression in a spin-torque nano-oscillator[J]. J. Appl. Phys., 2008,104:093919.

[30]Martinez E, Emori S, Perez N, et al. Currentdriven dynamics of Dzyaloshinskii domain walls in the presence of in-plane fields: Full micromagnetic and one-dimensional analysis[J].J. Appl. Phys.,2014, 115:213909.

[31]Liu L Q, Moriyama T, Ralph D C, et al. Spintorque ferromagnetic resonance induced by the spin Hall effect[J]. Phys. Rev. Lett.2011,106:036601.

[32]Skinner T D, Ferguson A J .Switching nanomagnets with the spin—orbit interaction[J]. Nano Today ,2014,9:163—165.

[33]Gradhand M，Fedorov D V，Zahn P，et al. Perfect alloys for spin hall currentinduced magnetization switching[J].SPIN,2012, 2(2):1250010.

[34]Liu L Q, Pai C F, Ralph D C, et al. Magnetic oscillations driven by the spin Hall effect in 3-terminal magnetic tunnel junction devices[J]. Phys. Rev. Lett.2012,109 :186602.

[35]Guo G Y, Murakami S, Chen T-W, et al. Intrinsic spin Hall effect in platinum: firstprinciples calculations[J]. Phys. Rev. Lett.,2008, 100: 096401.

[36]Liu L, Pai C F, Li Y, et al. Spin-Torque switching with the giant spin Hall effect of tantalum[J]. Science, 2012,336:555.

[37]Pai C F, Liu L Q, Li Y, et al. Spin transfer torque devices utilizing the giant spin Hall effectof tungsten[J]. Appl. Phys. Lett.,2012, 101:122404.

[38]Niimi Y, Kawanishi Y, Wei D H, et al. Giant spin Hall effect induced by skew scattering from bismuth impurities inside thin film CuBi alloys[J].Phys. Rev. Lett.,2012, 109(15):156602.

[39]Gambardella P ,Miron I M. Current-induced spin-orbit torques[J]. Phil. Trans. R. Soc. A ,2011, 369:3175 3197.

[40]Kim K W,Seo S M,Ryu J,et al. Magnetization dynamics induced by in-plane currents in ultrathin magnetic nanostructures with Rashba spin-orbit coupling[J].Phys. Rev. B,2012, 85:180404(R).

[41] Khvalkovskiy A V,Cros V,Apalkov D, et al. Matching domain-wall configuration and spin-orbit torques for efficient domain-wall motion[J].Phys. Rev. B ,2013,87:020402(R).

[42] Balakrishnan J, Koon G K W, Avsar A, et al. Giant spin Hall effect in graphene grown by chemical vapour deposition[J]. Nat. Commun.,2014,5:4748 DOI: 10.1038/ ncomms5748.

[43]Khatami Y, Liu W, Kang J, et al. Prospects of graphene electrodes in photovoltaics[J].Proc. of SPIE, 2013, 8824:88240T-1.

[44]Niimi Y, Morota M, Wei D H, et al. Extrinsic Spin Hall Effect Induced by Iridium Impurities in Copper[J]. Phys. Rev. Lett.,2011,106:126601.

[45]Omori Y, Auvray F, Wakamura T, et al. Inverse spin Hall effect in a closed loop circuit[J]. Appl. Phys. Lett.,2014,104:242415.

[46]Han Wei, Kawakami R K, Gmitra M, et al. Graphene spintronics[J], Nat. Nanotech.,2014,9:794.

[47]Xia Fengnian, Perebeinos Vasili, Lin Yu-ming, et al. The origins and limits of metal graphene junction resistance[J].Nat. Nanotech., 2011, 6:179.

The Research Progress of Graphene Lateral Spin Valve

GUO Zi-zheng
(Department of Applied Physics, College of Electronic Engineering, South China Agricultural University, Guangdong Province, Guangzhou 510642 China)

The lateral spin valve is the most important spintronic device studied in-depth so far . This paper reviews the research progress of graphene as the channel material of lateral spin valve. Although there are a lot of reports about the graphene as the channel material of lateral spin valve, the resistivity, the spin lifetime, the spin diffusion length, the spin Hall angle, the spin signal, and the contact resistance with other materials are not determinable. There exist greater differences between the data obtained by experiments, and the influence factors are unclear. In addition, it is relatively lack of theoretical work. These problems will affect the application of graphene in spintronics, so it is necessary to do further in-depth study.

Spintronics; Spin transport; Lateral spin valve; Graphene

O785+.4

A

1009-5624-（2016）02-0006-06

國家自然科學基金項目（61308038）