Probing spin-dependent charge transport at single-nanometer length scales

凝聚态物理 自旋(空气动力学) 扫描隧道显微镜 量子隧道 自旋电子学 电荷(物理) 材料科学 物理 纳米技术 化学物理 铁磁性 量子力学 热力学
作者
Patrick Härtl,Markus Leisegang,Jens Kügel,M. Bode
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2303.00393
摘要

The coherent transport of charge and spin is one key requirement of future devices for quantum computing and communication. Scattering at defects or impurities may seriously reduce the coherence of quantum-mechanical states, thereby affecting device functionality. While numerous methods exist to experimentally assess charge transport, the real-space detection of a material's spin transport properties with nanometer resolution remains a challenge. Here we report on a novel approach which utilizes a combination of spin-polarized scanning tunneling microscopy (SP-STM) and the recently introduced molecular nanoprobe (MONA) technique. It relies on the local injection of spin-polarized charge carriers from a magnetic STM tip and their detection by a single surface-deposited phthalocyanine molecule via reversible electron-induced tautomerization events. Based on the particular electronic structure of the Rashba alloy BiAg$_2$ which is governed by a spin-momentum-locked surface state, we proof that the current direction inverses as the tip magnetization is reversed by an external field. In a proof-of-principle experiment we apply SP-MONA to investigate how a single Gd cluster influences the spin-dependent charge transport of the Rashba surface alloy.

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