黄金内部隐藏纳米结构带来特殊电子旋转效应

这项研究展示了一种在原本具有空间反演对称性的块体金属中，人工诱导并调控“拉什巴自旋轨道耦合”（Rashba spin-orbit coupling）的新方法。拉什巴效应是一种能让电子自旋与其运动方向关联起来的物理现象，在未来低功耗电子器件和量子计算中有重要应用前景。通常，这种效应只出现在表面或界面不对称的材料中，而无法在像金这样的对称块体金属中实现。

研究人员通过在金晶体中嵌入大量直径约2纳米的银纳米颗粒，构建了一个“银-金”复合结构。尽管整个材料整体仍保持对称性（因为银和金的晶格非常相似，能紧密排列而不破坏整体结构），但在每个银-金纳米界面上，局部的对称性被打破。这种局域的不对称性产生了强烈的电势梯度，从而形成了有效的磁场，与电子自旋发生强相互作用，即拉什巴效应。

实验发现，这种效应的强度可以通过调节银纳米颗粒的密度来精确控制。当银填充比例达到约14%时，自旋轨道耦合强度达到峰值，高达约15 meV·Å，是目前已知在保持整体对称性材料中的最高值之一。同时，电子的自旋散射速率提升了近20倍。研究人员还发现，随着界面密度增加，电子输运机制从传统的“艾里奥特-雅费特”（EY）机制转变为更高效的“蒂亚科诺夫-佩雷尔”（DP）机制，这是拉什巴效应主导的典型特征。

此外，隧道电导测量显示，电子态密度在费米能级附近出现一个“软能隙”，其宽度也随界面密度变化，并在相同条件下达到最大。这表明电子在界面附近发生了局域化，类似于“极化子”行为，进一步增强了拉什巴效应。这种电子-声子强耦合现象也得到了验证。

总的来说，该研究突破了传统认知，证明即使在整体对称的块体金属中，也能通过设计纳米级界面网络来产生并调控强大的自旋轨道相互作用。这一成果为开发新型自旋电子器件提供了全新的材料平台和设计思路，特别是在需要高自旋操控效率且保持材料稳定性的应用场景中具有巨大潜力。