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石墨烯旗舰项目推进石墨烯自旋性能的应用

石墨烯旗舰项目发挥强大的协作精神,正在加速发展以石墨烯(碳的单原子厚度的同素异形体)为基础,与过渡金属二钙基化合物(TMDCs)等相关材料(GRMS)的新技术。


石墨烯优良的可调谐电子性能使它成为自旋电子学应用的理想材料。在最近的三篇论文中,旗舰项目研究人员指出,GRMs可以结合在一起并具有前所未有的各向异性自旋寿命。这对于推进自旋电子电路和基于电子自旋操纵的器件是必不可少的。这些论文同时发表在《物理评论快报》、《纳米通讯》和《自然物理学》杂志上。


图示为石墨烯-TMD异质结构。在石墨烯的自旋输运中TMD引起了明显的各向异性。(图片:Dámaso Torres,ICN2)


ICREA 的Sergio O. Valenzuela教授说:“这些结果代表着迈出了直接电场调谐旋转传播的第一步。”Sergio O. Valenzuela教授是加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所(ICN2,西班牙)的研究人员,也是《自然物理学》实验结果的作者。“石墨烯-TMDC的结构就像一个自旋过滤器,其传输与否由它的自旋方向决定,可以检测到方向的微小变化。


没有Graphene旗舰项目合作研究所ICN2、Groningen大学(荷兰)和Regensburg大学(德国)的密切合作,就不可能预测并迅速证实这前所未知的发现——自旋寿命各向异性机制。作为旗舰公司专门的自旋电子工作的一部分,研究小组之间密切合作。受益于旗舰公司独特的协作、跨学科研究方法,团队保持密切的关系,并确定共同的目标。


“这是个很好的例子,表明旗舰技术可以通过协作以及理论和实验之间互动来取得在具有挑战的科学和技术方面的进展。在我们的理论得到证明后,下一个挑战将是展示我们的发现,并将其应用到基于大规模石墨烯和相关材料的自旋电子器件中。”


自旋电子学工作包的代表和预测自旋各向异性现象的文章的合著者ICREA教授补充说:“旗舰的自旋电子学工作包展示了在通往破坏性自旋器件技术的道路上,自旋电子学中覆盖创新价值链的卓越之处,从新的理论概念到快速实验原型。我认为这是一次突破性的理论预测,在发表后不久就得到实验证实。在某种意义上它反映了旗舰概念代表的加速过程。


自旋电子对量子计算和新形式的快速高效存储有特别的关联。和电子一样,自旋电子依赖于电流的产生和操纵。然而,在自旋电子的情况下,电流是由电子自旋的输运形成的——经典物理学中没有等效的内在电子角动量。在石墨烯器件中,电子的自旋可以很容易地被注入到石墨烯层的平面上,也可以是平行的或垂直的。


新的研究表明,石墨烯中的自旋输运会受到石墨烯异质结构的邻近效应的强烈影响,例如二硫化钼和二硫化钨。通过层间耦合,石墨烯中平行和垂直自旋取向的行为发生了显著的变化,导致自旋从1个数量级到几个数量级的各向异性弛豫。


自旋弛豫是电子的自旋失去初始极化并变得随机,从而导致自旋信息信号消失的过程。这项研究发现了控制石墨烯中不同自旋取向的寿命的能力,而这正是自旋电子逻辑器件和应用所需要的关键元素。


Graphene旗舰科技官员、管理小组主席Andrea C. Ferrari教授补充说:“除了为石墨烯和相关材料在自旋电子学中的可能应用迈出了重要的一步,这些资料还表明了石墨烯旗舰建立的协作环境的附加值。它们也是通向最新宣布的量子旗舰项目的桥梁。


文章来自nanowerk网站,原文题目为Graphene spin transport takes a step forward towards applications,由材料科技在线汇总整理。



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