Nontrivial magnetic field related phenomena in the single-layer graphene on ferroelectric substrate (Review Article)

Анотація

Огляд зосереджено на зроблених нами припущеннях про незвичайні фізичні явища у одношаровому графені на сегнето-електричній підкладці, що залежать від магнітного поля. Зокрема, припущено, що 180-градусні доменні стінки в напруженій плівці сегнетоелектрика можуть індукувати p–n-переходи у графеновому каналі й призвести до незвичайної залежності числа перпендикулярних мод ν_⊥ у цілочисельному квантовому ефекті Холла від температури і напруги на затворі. Ці нецілочисельні числа та їхня порушена послідовність принципово відрізняються від звичайної послідовності ν_⊥= 3/2, 5/3… Незвичайні числа ν_⊥ є наслідком суттєвої різниці між числами крайових мод ν₁ та ν₂, що відповідають різним концентраціям носіїв ліворуч (n₁) та праворуч (n₂) від p–n-переходу, індукованого доменною стінкою. Різниця між n₁ та n₂ зникає разом зі зникненням спонтанної поляризації після переходу до параелектричної фази, що може відбуватися в широкому діапазоні температур, зумовленому відповідним вибором напруження невідповідності, що спричинено різницею сталих граток графенового каналу й сегнетоелектричної підкладки. Надалі ми вивчали електропровідність системи феромагнітний діелектрик–графеновий канал–сегнетоелектрична підкладка. Феромагнітний діелектрик локально трансформує зонний спектр графену, що індукує в ньому заборонену зону та робить його спін-асиметричним щодо вільних електронів. Ми показали, що, коли рівень Фермі в графеновому каналі потрапляє в енергетичні інтервали, у яких зонний спектр графену, модифікований EuO, робиться різко спін-асиметричним, такий пристрій може бути ідеальним енергонезалежним спіновим фільтром. Практичне застосування системи, яку ми розглядаємо, обмежено інтервалом температур, нижчих від температури Кюрі феромагнетика. Зміна енергії рівня Фермі (наприклад, під впливом температури, що змінює поляризацію сегнетоелектрика) може перетворити спіновий фільтр на спіновий клапан.