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- 發布時間2020-06-15 15:59
- 發布人金彩集團
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英國、荷蘭、新加(jia)坡、西班牙(ya)、瑞士和(he)美國的一組(zu)科學(xue)家在今天的《現代物理學(xue)評論(lun)》上，發表(biao)題為：“石墨烯和其他二維材料中的自旋電子學”的座談會紀要，描述有關計算機設備開發領域的新動向，指出基于石墨烯和二維材料的自旋電子學技術，將用作下一代電子產品的基礎，可以使電子技術超越“摩爾定律”。
在石(shi)墨(mo)烯和(he)相關的二(er)維（2-D）材料中電子自旋輸運的研究中，最近的理論和實驗進展以及現象已經成為研究和開發的一個引人入勝的領域。
自(zi)旋電子學（Spintronics）是納米級的電子學和磁性學的結合，并可能導致下一代高速電子學（high-speed electronics）。自旋電子器件是超越摩爾定律的納米電子學的可行替代品，與依賴于充電電流傳統電子學相比，自旋電子學器件具有更高的能效和更低的耗散。原則上，我們可以讓手機和平板電腦使用基于自旋的晶體管和存儲器。
該座(zuo)談會評估了著(zhu)重于(yu)異質結構及其出現的現象所提供的新觀(guan)點，包括鄰(lin)近激活自旋軌道效應（proximity-enabled spin-orbit effects），自旋與光的耦合，電可調性和二維磁學。
我們許多(duo)人已經在(zai)筆記本和電(dian)腦中遇到了(le)自旋電(dian)子器件(jian)，它們已經在(zai)硬(ying)盤驅動器的(de)讀取頭(tou)中以(yi)磁傳感器的(de)形式(shi)使用(yong)了(le)自旋電(dian)子器件(jian)，這些傳感器也(ye)用(yong)于汽車工業。
自旋(xuan)電(dian)(dian)子學是一種開(kai)發電(dian)(dian)子產品的新方法(fa)，其中存儲設備（RAM）和晶體管邏輯設備均通過“自旋”實現，電子的基本特性使電子像微型磁鐵一樣工作。
英國曼(man)徹斯(si)特大(da)學凝(ning)聚(ju)態物理學家(jia)Ivan Vera Marun博士說：“石墨烯自旋電子學以及2D異質結構的不斷進展已導致使用自旋信息的有效創建、傳輸和檢測以前石墨烯無法達到的效果。
“隨著在基礎和技術方面的(de)不斷努(nu)力(li)，我們相信(xin)，即使在室溫下，彈道自(zi)旋(xuan)輸運（ballistic spin transport）也將在二(er)維異質結構中實現。這(zhe)種輸運將使電子波函數的(de)量(liang)(liang)子力(li)學性能得到實際(ji)利用(yong)，從(cong)而帶來(lai)自(zi)旋(xuan)以二(er)維材料(liao)為未來(lai)的(de)量(liang)(liang)子計算方法服務。”
石(shi)墨烯和其他二維材料中可控的(de)自(zi)旋傳輸對(dui)于在(zai)設(she)備中的(de)應(ying)用越來越有希望。特別(bie)受關注的(de)是量身定制的(de)異(yi)質結構，稱為范德(de)瓦爾(er)斯（van der Waals）異質結構，它由精確控制順序的二維材料堆棧組成。該座談會綜合概述了石墨烯自旋電子學的這一發展領域，并概述了現有的實驗和理論狀況。
二維(wei)范德(de)瓦爾斯異質結構(gou)自旋(xuan)電子現象(xiang)
如上圖所示(shi)二(er)維范德瓦爾(er)斯異(yi)(yi)(yi)質結構中新(xin)興自(zi)旋(xuan)電(dian)子現(xian)象。鑒于石墨烯的(de)(de)(de)(de)自(zi)旋(xuan)松(song)弛長(chang)度長(chang)，它可作為理(li)想的(de)(de)(de)(de)自(zi)旋(xuan)傳輸通(tong)道。在通(tong)道的(de)(de)(de)(de)中心，兩(liang)個(ge)磁觸點用(yong)于電(dian)注入(ru)或檢測自(zi)旋(xuan)電(dian)流。通(tong)過(guo)使用(yong)石墨烯和過(guo)渡(du)金屬二(er)鹵化(hua)物的(de)(de)(de)(de)異(yi)(yi)(yi)質結構來避免對磁性(xing)接(jie)觸的(de)(de)(de)(de)需求，這些異(yi)(yi)(yi)質結構可實現(xian)直接(jie)光(guang)學(xue)自(zi)旋(xuan)注入(ru)（左上）和直接(jie)的(de)(de)(de)(de)電(dian)荷自(zi)旋(xuan)轉換（右下）。
數十(shi)億個自(zi)旋電(dian)子設備，例如傳感器(qi)和存儲器(qi)，已經被(bei)生產出來。每個硬(ying)盤(pan)驅動器(qi)都有(you)一個使用自(zi)旋流的磁(ci)性傳感器(qi)，磁(ci)性隨(sui)機存取存儲器(qi)（magnetic random access memory。簡稱MRAM）芯片正變得越來越流行。
在過去的十年中，在石墨烯自旋電(dian)子學領域(yu)取得了(le)令人興奮的結果(guo)，發展到(dao)了(le)下一代研究，擴展到(dao)了(le)新的二維（2-D）化合物。
石墨(mo)烯自(zi)2004年被成功隔離以來，為其他二維材料打開了大門。以后，研究人員可以使用這些材料創建稱為異質結構的二維材料堆棧，可以將它們與石墨烯結合使用，以創建新的“設計材料”，以產生過去僅限于科幻小說中的應用。
該座談會文的(de)共(gong)同作(zuo)者、弗朗(lang)西斯科·幾內亞（Francisco Guinea）教授說：“自旋電子學領域、材料中自旋的性質和操縱，揭示了固體行為的許多新穎方面。攜帶電子的自旋運動的基礎研究是凝聚態物理學中最活躍的領域之一。”
自(zi)2004年提出拓撲絕緣子的概念后，全世界就對具有非常規拓撲電子和磁性特性的新量子材料的鑒定和表征進行了深入研究。自旋電子學是此探索的核心。由于它們的純度、強度和簡單性，二維材料是找到與量子物理學、電子學和磁性有關的這些獨特拓撲特征的最佳平臺。
總的(de)來(lai)說，石(shi)墨(mo)烯和相關二維材料中的(de)自(zi)旋電子(zi)學(xue)領域目(mu)，前正朝著展(zhan)示實用(yong)的(de)石(shi)墨(mo)烯自(zi)旋電子(zi)器件(jian)的(de)方向(xiang)發展(zhan)，例如(ru)用(yong)于空間通信(xin)、高速無(wu)線(xian)電鏈路、車輛雷達和芯(xin)片間通信(xin)應用(yong)領域等。
