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韓國科學技術高等研究院（KAIST）的物理學家描述了一種利用非磁性二維材料設計自旋電流的高效能量生成、操縱和檢測的新途徑。由Sungjae Cho教授領導的研究團隊通過門控調諧的Rashba-Edelstein效應（REE）在石墨烯異質結構中觀察到了高效的電荷-自旋互變。
這項研究為石墨烯作為有源自旋電子元件在沒有鐵磁電極或磁場的情況下產生、控制和檢測自旋電流的應用鋪平了道路。
由於石墨烯具有較長的自旋擴散長度，是一種很有前景的自旋電子學元件。然而，其小的自旋軌道耦合限制了石墨烯在自旋電子學應用中的潛力，因為石墨烯不能用於產生、控制或檢測自旋電流。
「我們通過將石墨烯堆疊在2H-TaS2之上，成功地提高了石墨烯的自旋軌道耦合，而石墨烯是具有最大自旋軌道耦合的過渡金屬二重金屬材料之一。」Cho教授說：「石墨烯現在可以用來產生、控制和檢測自旋電流。」
Rashba-Edelstein效應是一種物理機制，可通過由Rashba效應引起的自旋相關能帶結構實現電荷電流到自旋電流的相互轉換，這是低維凝聚態系統中自旋能帶的動量轉變。
Cho教授的研究小組首次在多層石墨烯中展示了可門控的Rashba-Edelstein效應。Rahsba-Edelstein效應使石墨烯的二維傳導電子被施加電荷電流磁化，形成自旋電流。此外，當石墨烯的費米級在柵極電壓的調控下，從價位帶向傳導帶移動時，石墨烯產生的自旋電流反轉了自旋方向。
這種自旋反轉在設計利用自旋的低功耗消耗型電晶體時非常有用，因為它提供了具有自旋上升的空穴（或自旋下降的電子）的載流子 "導通 "狀態和在所謂的 "電荷中性點 "處的電子和空穴數量相等的淨自旋極化為零的 "關閉 "狀態。
"我們的工作是首次展示了金屬TMD（過渡金屬二重金屬）和石墨烯異質結構中的電荷-自旋極化狀態由柵極控制的電荷-自旋互轉化。我們期望通過應用柵極電壓的全電自旋開關效應和非平衡自旋極化狀態的反轉，可以應用於非磁性範德華材料的自旋電流的高效能量生成和操縱。"Cho教授解釋說。
論文標題為《Gate-Tunable Reversible Rashba–Edelstein Effect in a Few-Layer Graphene/2H-TaS2 Heterostructure at Room Temperature》。