图片为：石墨烯/氮化硼异质结构器件在光学显微镜下的照片，在室温下呈现出前所未有的自旋注入效率。图片来源：格罗宁格勒大学的格鲁姆（M. Gurram），奥马尔（S.Omar）和布耶恩（B.J. van Wees）。

荷兰格罗宁根大学教授Bart van Wees教授将其研究成果发表在《Nature Communications》杂志上，他论述了一种基于石墨烯的器件，在室温下可以高效地注入和检测电子自旋，关键技术是改变石墨烯/氮化硼之间电子自旋的方式。

自旋可看作是绕自身轴线旋转的电子，具有内在角动量，可从上或下两个方向检测到磁场。电子的跃迁过程中如果还同时伴随了自旋方向的改变，在极化时，电子的空间取向会有两种。通过控制费米面附近的自旋向上和向下的态密度，产生自旋极化。电子、原子核等带电粒子的自旋方向就会朝向某一个特定的方向排列，从而产生产生磁性。van Wees解释道：“自旋极化可以将电子注入铁磁材料来实现。”

Van Wees教授及其团队研究表明，通过将石墨烯层/绝缘体氮化硼作为隧道势垒，可以大大提高铁磁性自旋注入器/检测器电极的检测效率。

“石墨烯具有极好的自旋运输能力，是自旋电子学应用的理想材料。”van Wees解释道，“为了将自旋电子注入到石墨烯中，采用针孔交叉连接氮化硼绝缘层，使得铁磁电极与石墨烯层直接接触，相应的自旋注入效率达到70%以上。”

在所生产的器件设备中，自旋极化会随着电压的增加而增加，突破了当前人们认为极化旋转仅仅是影响铁磁性的想法。相反，它像是量子隧道，能够在设备中旋转。研究人员还发现同一器件中的自旋注入效率增加了十倍。van Wees说道：“总的来说，信号增强了100倍。”

它们行驶一段距离后轻松测量它们，一个应用将是磁场的检测器，这将影响自旋信号。

Van Wees解释道，这为研究自旋极化创造了许多可能性，我们现在往石墨烯中注入自旋电子，并在它们移动一段距离后测量它们的自旋注入效率。我们将其应用于磁场检测器，增强检测器的自旋信号。

另一种可能性是开发自旋逻辑门或自旋晶体管，可应用于日常在室温下使用的实验设备中。 “但是，我们通过物理剥离获得的石墨烯，即使用苏格兰胶带单层剥离石墨。这并不适合大规模生产。”Van Wees解释道，“开发高品质石墨烯，并大规模生产的工业技术是至关重要的。”

专注于研究石墨烯的Vladimir Falko教授说：“在氮化硼中封装石墨烯，并将这两种材料的异质结构用于新器件，包括隧道晶体管。这将成为石墨烯未来研究的趋势，因此，石墨烯自旋电子学定性已成为目前研究的热点。”

Spintronics将理论和实验研究结合在一起，长期投资于石墨烯研究项目，目前，他专注于开发室温石墨烯自旋电子器件。随着科技的进步，开发全功能的自旋电子设备取得了很大进展。下一步是将石墨烯和氮化硼结合在一起，瑞典查尔姆斯大学的Saroj Dash教授在最近发表的文章中，对在室温下以栅极电压控制电子自旋转量进行了详细的阐述。

文章来源：phys，由材料科技在线团队翻译整理。