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石墨烯在室温下实现自旋过滤

2017-01-01 08:54
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据美国《IEEE光谱》杂志12月28日报道,美国海军实验室的科学家将一层石墨烯置于镍层和铁层之间,制造出了首个能在室温下过滤自旋的薄膜结点设备,最新研究将有助于下一代磁随机存储器(MRAM)的研制。

电子具有两个重要的属性:电荷和自旋,现代微电子技术只利用了电子的电荷属性;而在新兴的自旋电子学中,自旋取代电荷作为信息储存和传输的载体。自旋过滤能得到高度自旋极化的载荷子。在磁随机存储器中,自旋极化脉冲让磁位在“0”和“1”之间切换,从而实现数据的存储和传输。

起初,石墨烯并没有应用于该领域,因为当它平放时,电子的自旋不受影响且方向随机。但很多研究结果表明,石墨烯有望在自旋电子学领域“大展身手”。此次研究制造出的最新设备就是一个例证。从本质上来说,新设备就像一种过滤器,仅让拥有某种自旋的电子通过;而阻止拥有其他自旋的电子,确保电子的上、下极化彼此区别开来,制造出数字逻辑“0”和“1”。

研究发表在美国化学学会《纳米》杂志上,科学家们正在研究叠层石墨烯薄膜的导电性以及它们与其他材料之间的相互作用。为此,他们想出了一种新方法,在一块光滑的晶体镍合金薄膜上,直接“种植”大块的多层石墨烯薄层,这一过程设法保住了镍合金薄膜的磁性,使他们能将镍薄膜变成结点阵列。

研究人员解释称,新架构中的自旋过滤现象是石墨烯的量子力学属性同晶体镍薄膜的量子力学属性相互作用的结果,当镍层与石墨烯层对齐时,仅拥有特定自旋的电子能从一种物质转移到其他物质。

该研究主要负责人、海军研究实验室材料科学和技术分部的恩里克·寇巴斯说:“自旋过滤效应已被理论预测,以前仅在处于低温的高电阻结构内看到,新结果表明,这一效应也能在室温低电阻设备内工作。”

总编辑圈点

很长时间以来,现代微电子技术都没有考虑电子的自旋特性,致使后者的应用价值被忽略。但现在自旋电子俨然是技术“新贵”了,科学家们正在广泛挖掘能应用于自旋电子学的材料,它们要求有较高的电子极化率,又要有较长的电子自旋弛豫时间。石墨烯能在室温下实现自旋过滤,这将导致新的量子力学器件产生,而其最终目的,就是引起信息工程的革命。

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