近日，上海大学量子与分子结构国际中心（ICQMS）的 2D Systems 课题组在国际知名期刊 “The Journal of Physical Chemistry Letters”（IF = 8.709）上发表了题为 “Dirac-electron behavior for spin-up electrons in the strongly interacting graphene on ferromagnetic Mn₅Ge₃” 的文章。文章的两位共同作者 Elena Voloshina 教授和 Yuriy Dedkov 教授均为上海市高层次人才。

石墨烯独特输运性质的发现促使人们寻找该材料在基于电荷或 / 和自旋的输运器件中的实际应用。在大多数这些器件中，石墨烯 - 金属界面用作电荷或自旋注入的接触，并且这种界面的电子特性决定了相应接触的效率。在石墨烯 / 金属体系中，石墨烯–铁磁体界面受到备受关注。石墨烯–铁磁体界面处的强相互作用导致石墨烯和金属的价带状态的发生高度杂化，导致石墨烯失去其自由无支撑时特征，并且费米能级附近的载流子不能被描述为无质量的狄拉克粒子。在目前的工作中，作者提出了一种合成由石墨烯，铁磁性 Mn₅Ge₃和半导体 Ge 组成的异质结系统的优雅的方法。在该系统中发现了非常有趣的在石墨烯和金属强铁磁体 Mn₅Ge₃的价带状态杂化过程中自旋守恒效应。尽管在 石墨烯 / Mn₅Ge₃界面处存在强的相互作用，但作者发现只有石墨烯中的自旋向上的电子在费米能级附近具有类狄拉电子的线性色散关系。而对于石墨烯中的自旋向下的电子，则形成一系列的局域界面态。因此，在这种特殊的情况下，石墨烯层表现为有效的自旋过滤器，并且该石墨烯 / Mn₅Ge₃/Ge 异质结系统可用于电荷和自旋输运的研究和应用。本研究所呈现的结果对于诸如固体物理学，纳米自旋电子学和材料科学等不同科学领域的研究人员都是非常有价值的。