石墨烯使低维自旋电子学在室温下可行。

石墨烯的旗舰研究人员生产了石墨烯为基础的自旋电子学器件，该器件在室温下同时利用电子电荷和自旋。证明了自旋技术在连接几微米距离上的可行性，结果为在单个芯片中集成信息处理和存储开辟了新的可能性。

从一开始，石墨烯旗舰计划就看到了由GRMS制造的自旋电子学设备的潜力。来自不同大学的研究人员成功地证明了在室温下以可控的方式控制石墨烯的自旋性质是可能的。这些结果为自旋逻辑器件和量子计算的发展提供了新的方向。“随着电子工业背后的主要驱动力微型化，石墨烯为在单一平台上压缩磁记忆元件的自旋逻辑操作开辟了新的可能性，”Catalan研究与高级研究所（ICREA）研究教授Stephan Roche指出，他一直引领着石墨烯的旗舰产品。自旋电子学工作包自成立以来。

材料缺陷不再是责任

石墨烯以较低的能源成本将自旋电子学器件间通信的范围从纳米扩展到微米。虽然最初的理论预测估计了材料中大约一微秒的自旋寿命，但之前的实验已经显示出最多只有几纳秒。这种令人费解的差异最初表明，材料的杂质和缺陷主要是自旋弛豫的原因。然而，旗舰研究人员挑战了这些传统构想的自旋弛豫机制，并提出了一些石墨烯独有的新机制。

特别是，他们观察到，石墨烯和过渡金属二元化物（TMDC）组成的体系中，自旋的松弛速度很大程度上取决于它们是否指向石墨烯平面。“与TMDC连接的石墨烯可以用作自旋滤波器，因为自旋信息的传输依赖于注入电子的初始自旋极化，从而实现新的低功率自旋晶体管概念，”Roche教授解释说。

重要的是，实验是在室温下进行的，对于外部操纵石墨烯中的电子自旋特别重要。

终极开关

考虑到石墨烯能够在足够长的距离内保持自旋相干，将其与另一种维持自旋时间相对较短的层状材料集成，可以制造出自旋场效应晶体管样器件。结合石墨烯和二硫化钼（mos2）（自旋持续皮秒），旗舰研究人员证明，利用栅极电压可以控制自旋的位置。“这种石墨烯与另一种具有对比自旋电子学性质的二维薄材料的结合使得自旋开关的产生成为可能，”罗氏教授观察到。

研究人员之所以选择mos2，是因为它的自旋轨道耦合很强，自旋寿命很短。重要的是，这种材料混合物在室温下工作。

增加自旋信号

从文献的研究中，电导失配被认为是一个关键因素，可以大大减少从铁磁体到半导体的自旋注入。

旗舰团队表明，他们可以使用一个材料夹层，大大提高向石墨烯中注入和检测自旋电子的效率。这包括石墨烯层和铁磁自旋注入/探测器电极之间的氮化硼绝缘体。

在所产生的器件中，极化随电压的增加而增加到70%，这挑战了教科书中关于只有铁磁体才能影响自旋极化的观点。相反，量子隧道效应被发现会影响器件的自旋极化。特别是，自旋在室温下在3纳秒以上的时间内桥接了10微米的距离。

“使用石墨烯和其他二维材料来推进下一代基于旋转扭矩的存储器（如STT-MRAM和SOT-MRAM）也是非常有吸引力的，并且刺激了IMEC领导该联盟，并致力于其在FAB环境中的大规模集成，”WPLeader和IMEC研究主管Kevin Garello说。新兴的磁性高级记忆概念研究。