原子自旋电子学的应用带来更薄的层

格罗宁根大学的物理学教授Bart van Wees为首的科学家创造了一种石墨烯器件中的电子自旋可以注射，以前所未有的效率检测。其结果是自旋信号的百倍增长，足够大，可以用于现实生活中的应用，如新的自旋晶体管和基于自旋的逻辑。这项研究是欧盟10亿欧元石墨烯旗舰产品的一部分，结果于2017年8月15日发表在《自然通讯》上。

“自旋”是电子的一种磁性性质，它可以把值“升”或“降”。它可以用来存储、传输和操作信息，但是很难处理。例如，随着时间的推移，它失去了方向，到目前为止，没有人能创造出超过百分之几的自旋极化，换句话说，“上”和“下”自旋的数量之间的差别很小。SMT贴片加工

注射和检测

我们在车的实验室的研究方向是更好地理解在不同材料中自旋的行为。他的实验室已经成功地在室温下以记录的距离传送自旋信号。最近的实验集中在自旋注入和探测。注入意味着用极化自旋获得电子。在正常的电子流中，上下自旋的数目相同。“自旋极化是通过铁磁材料发送电子实现，Van Wees解释说。这会造成一种自旋的过量。

装置中采用的最新实验，不同材料的三明治。核心是一层石墨烯，只有一个原子厚。“石墨烯是自旋输运的一个很好的材料，但它不允许你操纵旋转”，Van Wees说。石墨烯位于绝缘体上的氮化硼层，它位于硅半导体上。在石墨烯顶端是一个非常薄的层，只有几个原子厚的氮化硼，它能保护石墨烯中的电子免受外界的影响。

为了向石墨烯注入自旋，你必须使它们穿过氮化硼绝缘体的上层。这可以通过量子隧道效应的实现，Van Wees说。最初的结构是一个原子厚，但它证明太薄，无法屏蔽石墨中的电子从外部影响。三原子层提供足够的保护并允许正常自旋注入。但是一个二原子层引起了完全意想不到的事情发生。我们观察到一个非常强的自旋极化率高达70%倍，是我们通常得到的十倍。

增加

它总是假定极化是通过铁磁体的电子通道的结果。但在这种情况下，偏振应该有一个固定值。在范我们的设备，极化随电压的升高而增大。“我们不知道为什么会这样”，Van Wees说。他还发现在同一设备中自旋检测增加了10倍。总的来说，信号增加了100倍。

这创造了许多可能性。我们现在可以向石墨烯中注入一个自旋，并在它经过一定距离后很容易地测量它。一个应用是作为一个磁场探测器，这将影响自旋信号。另一个可能性是建立自旋逻辑门或自旋晶体管。随着新设备在室温下进行的实验，这种应用非常接近。然而，范我们警告说，“我们使用我们得到剥离石墨烯，用透明胶带剥离膜下一块石墨。这是不适合大规模生产的。

石墨烯自旋的工作是欧洲联盟十年旗舰项目的一部分，该项目始于2013，预算为10亿欧元。Van Wees是自旋电子学领域的工作包负责人，达到了所有的目标为止，将再持续至少两年。与工业伙伴合作将实验室结果转化为应用程序是这个阶段的一个重要目标。

Van Wees已经成功地提高了石墨烯自旋输运和操纵运输方向。现在他戏剧性地增加了信号。我们现在必须致力于理解物理学和开发将这些设备集成到更大系统中的技术。但我们也必须考虑可能成为可能的全新应用程序。