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Electrical spin injection and detection in molybdenum disulfide multilayer channel

Authors :
Shiheng Liang
Huaiwen Yang
Pierre Renucci
Bingshan Tao
Piotr Laczkowski
Stefan Mc-Murtry
Gang Wang
Xavier Marie
Jean-Marie George
Sébastien Petit-Watelot
Abdelhak Djeffal
Stéphane Mangin
Henri Jaffrès
Yuan Lu
Institut Jean Lamour (IJL)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES)
THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
IMPACT N4S
ANR-15-IDEX-0004,LUE,Isite LUE(2015)
Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-THALES
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
THALES-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Nature Communications, Nature Communications, 2017, 8, pp.14947. ⟨10.1038/ncomms14947⟩, Nature Communications, Nature Publishing Group, 2017, 8, pp.14947. ⟨10.1038/ncomms14947⟩, Nature Communications, Vol 8, Iss 1, Pp 1-9 (2017)
Publication Year :
2016

Abstract

Molybdenum disulfide has recently emerged as a promising two-dimensional semiconducting material for nano-electronic, opto-electronic and spintronic applications. However, the demonstration of an electron spin transport through a semiconducting MoS2 channel remains challenging. Here we show the evidence of the electrical spin injection and detection in the conduction band of a multilayer MoS2 semiconducting channel using a two-terminal spin-valve configuration geometry. A magnetoresistance around 1% has been observed through a 450 nm long, 6 monolayer thick MoS2 channel with a Co/MgO tunnelling spin injector and detector. It is found that keeping a good balance between the interface resistance and channel resistance is mandatory for the observation of the two-terminal magnetoresistance. Moreover, the electron spin-relaxation is found to be greatly suppressed in the multilayer MoS2 channel with an in-plane spin polarization. The long spin diffusion length (approximately ∼235 nm) could open a new avenue for spintronic applications using multilayer transition metal dichalcogenides.<br />MoS2 is a promising two-dimensional candidate for opto-electronic and spintronic applications. Here, the authors report electrical spin injection and detection in a few-layered MoS2 channel, demonstrating that the spin diffusion length is at least 235 nm in MoS2 conduction band.

Details

ISSN :
20411723
Volume :
8
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nature communications
Accession number :
edsair.pmid.dedup....503711fe5d8b063d6aab9a670e102405
Full Text :
https://doi.org/10.1038/ncomms14947⟩