石墨烯有望在未來的自旋電子器件應用中大放異彩
發布時間：2015/4/28 訪問人數：1743次
查爾摩斯工學院的研究人員發現石墨烯是電子長時間保持自旋，這將使處理器更迅捷并減少能源消耗。
查爾摩斯工學院的研究人員發現，大面積石墨烯能使電子自旋保持相當長的一段時間并且傳播到比過去所知更遠的距離。這項研究為自旋電子的發展打開了一扇門——目的是制造用于計算機的更迅捷、更高效能的存儲器和處理器。
查爾摩斯工學院這個研究小組的帶頭人Saroj Dash表示，他們相信這些結果會在研究領域里引起巨大關注，讓石墨烯成為自旋電子器件應用中的重要拼圖。
自旋電子技術基于量子態的電子，這項技術已經被用于先進硬盤進行數據存儲和磁性隨機存取內存。但這里基于自旋的信息只需要移動幾個納米或百萬分之一毫米。幸運的是，自旋是電子的特有屬性，其在大多數材料中存在時間極其短暫，并且很容易受到干擾。然而，代替或者作為電荷量的補充，開發利用自旋技術作為信息的載體相比也有重大優勢。自旋電子技術能明顯讓處理器更迅捷并減少能源消耗。
在擴展自旋電子技術在電子器件工業應用中，石墨烯是很有發展前景的。它不只是一種優秀的導體，而且在理論上，有保持電子的自旋完整的獨特能力。
在未來的基于自旋的器件中，電子必須能夠在旋轉保持一致的情況下運動幾十微米。金屬，如鋁或銅，都不具備這樣的能力。Saroj Dash說石墨烯是目前唯一可能行的材料。
現今，石墨烯是由少數幾家公司使用一些不同的方法工業生產的，全都在發展的初期階段。你可以簡單地理解高質量石墨烯只能以非常小片的形式得到，而較大的石墨烯的不是質量太低，就是從電子產業的角度上看有其他缺點。
這種說法現在受到查默斯大學小組研究結果的質疑。 他們使用化學氣相沉積制備石墨烯進行實驗。該方法使石墨烯有很多褶皺、粗糙的表面和其他缺陷。
但它也有優點： 在大面積石墨烯上工業規模生產上有良好的前景。CVD 石墨烯能輕松從它生長的銅箔上移除，并吊裝到半導體工業的標準材料——硅晶片上。
雖然這種材料的質量還不夠理想，研究小組現在可以展示的自旋參數比以前報告中類似襯底上的CVD 石墨烯高六倍。
Venkata Kamalak說：“我們的測量結果表明，自旋信號保存在石墨烯渠道達 16 微米長。自旋保持對齊的持續時間超過一納秒。”
這項研究的前景在于它表明隨著我們制備方法的改進自旋參數可以進一步優化。研究者們專注自旋電流能夠傳達多遠不應該只認為它與在一種新型材料中發送信息有關或者用石墨烯代替金屬或半導體，而是一種全新的方式執行邏輯運算和存儲信息。這個概念如果成功，將使數字技術跨越對半導體的依賴。
石墨烯是良導體，沒有能隙，因此在自旋電子中無需為能隙切換打開和關閉、一和零，而是由電子的自旋方向的上下來控制的。
現在短期的目標是構建一個邏輯組件，就像晶體管一樣，不過由石墨烯和磁性材料構成。自旋電子技術最終能否完全可以替代半導體技術仍是一個懸而未決的問題，需要大量的研究。但是石墨烯憑借其良好的自旋傳導能力極有可能大放光芒。
