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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2507.04177v2 (cond-mat)
[提交于 2025年7月5日 (v1) ,最后修订 2025年7月12日 (此版本, v2)]

标题: 栅极电压控制的磁各向异性效应在Pt-卟啉功能化的单层石墨烯上

标题: Gate Voltage-Controlled Magnetic Anisotropy Effect on Pt-Porphyrin functionalized single-layer graphene

Authors:Ambika Shanker Shukla, Abhishek Erram, Heston Alfred Mendonca, Deepak Kumar, Akanksha Chouhan, Ashwin A. Tulapurkar
摘要: 我们报告了一种新颖的方法,通过使用铂(II) 5,10,15,20-四苯基卟啉 (Pt-porphyrin) 的非共价功能化,在单层石墨烯 (SLG) 和 NiFe (Py) 界面实现大电压控制磁各向异性 (VCMA) 和增强的自旋轨道耦合 (SOC)。 利用化学气相沉积 (CVD) 生长的 SLG,我们证明 Pt-porphyrin 功能化显著增加了 SOC,并通过自旋转移铁磁共振 (ST-FMR) 测量证实了界面磁各向异性的强电压调制。 实现了 375.6 (fJ/(V-m)) 的显著 VCMA 系数,与原始 SLG 相比,自旋扭矩效率 ({\theta }sh) 提高了一个数量级。 在施加栅极电压下,共振场表现出明显的可逆偏移,证实了界面磁各向异性的强电场调制。 拉曼光谱和 X 射线光电子能谱 (XPS) 确认了功能化界面的结构完整性和有效的电荷转移。 背栅 graphene 场效应晶体管 (GFETs) 的电学表征进一步揭示了功能化后的可调电子特性。 我们的结果确立了功能化石墨烯/铁磁体界面作为低功耗、电压控制自旋电子器件的有前途的平台,为可扩展、节能的记忆和逻辑技术铺平了道路。
摘要: We report a novel approach to engineering large voltage-controlled magnetic anisotropy (VCMA) and enhanced spin-orbit coupling (SOC) at the interface of single-layer graphene (SLG) and NiFe (Py) through non-covalent functionalization with Platinum (II) 5,10,15,20-tetraphenyl porphyrin (Pt-porphyrin). Using chemical vapor deposition (CVD)-grown SLG, we demonstrate that Pt-porphyrin functionalization significantly increases the SOC and enables robust voltage modulation of interfacial magnetic anisotropy, as confirmed by spin-torque ferromagnetic resonance (ST-FMR) measurements. A substantial VCMA coefficient of 375.6 (fJ/(V-m)) is achieved, accompanied by an order-of-magnitude enhancement in spin torque efficiency ({\theta}sh) compared to pristine SLG. The resonance field exhibits a clear, reversible shift under applied gate voltage, confirming robust electric-field modulation of interfacial magnetic anisotropy. Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) confirm the structural integrity and effective charge transfer at the functionalized interface. Electrical characterization of back-gated graphene field-effect transistors (GFETs) further reveals tunable electronic properties upon functionalization. Our results establish functionalized graphene/ferromagnet interfaces as a promising platform for low-power, voltage-controlled spintronic devices, paving the way for scalable, energy-efficient memory and logic technologies
主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2507.04177 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2507.04177v2 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.04177
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Ambika Shanker Shukla [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2025 年 7 月 5 日 22:11:11 UTC (1,687 KB)
[v2] 星期六, 2025 年 7 月 12 日 18:47:16 UTC (1,497 KB)
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