利用石墨烯和二维材料别加手指了～我们换个地方做动图

利用石墨烯和二维材料别加手指了～我们换个地方做动图一组来自曼彻斯特、荷兰、新加坡、西班牙、瑞士和美国的研究人员发表了一篇关于自旋电子学的计算机设备发展的新评论，该评论认为石墨烯将成为下一代电子产品的基石。图片来源:曼彻斯特大学

一个来自曼彻斯特、荷兰、新加坡、西班牙、瑞士和美国的研究团队发表了一篇关于自旋电子学计算机设备发展领域的新评论，该领域可以使用石墨烯作为下一代电子器件的基石。

近年来，在石墨烯及相关二维材料中电子自旋输运研究的理论和实验进展和现象已经成为一个令人着迷的研究和发展领域。

自旋电子学是电子和磁性在纳米尺度上的结合，它可以使电子发展速度超过摩尔定律，摩尔定律认为计算机处理能力大约每两年翻一番，而价格减半。与依赖于电荷电流的传统电子器件相比，自旋电子器件可以提供更高的能量效率和更低的耗散。原则上，我们可以让手机和平板电脑使用基于自旋的晶体管和存储器，大大提高速度和存储容量。

自2004年分离以来，石墨烯为其他2D材料打开了大门。然后，研究人员可以使用这些材料创建被称为异质结构的2D材料堆栈。这些材料可以与石墨烯结合，创造出新的“设计材料”，从而产生原本仅限于科幻小说的应用。

该综述发表在APS Journal Review of Modern Physics上，重点介绍了异质结构及其涌现现象提供的新视角，包括近端自旋轨道效应、自旋与光耦合、电可调谐性和2D磁性。

一般人已经在笔记本电脑和个人电脑中接触到自旋电子学，它们已经以硬盘读取磁头中的磁传感器的形式使用自旋电子学。这些传感器也被用于汽车工业。

曼彻斯特大学凝聚态物理学讲师伊万·维拉·马伦博士说:“石墨烯自旋电子学以及更广泛的二维异质结构的不断进步，已经导致了高效的创造、传输和检测自旋信息的效果，这些效果以前只有石墨烯无法实现。”

“随着基础和技术方面的努力继续，我们相信，即使在室温下，弹道自旋输运也将在2D异质结构中实现。这样的传输将使电子波函数的量子力学特性的实际应用成为可能，使2D材料中的自旋为未来的量子计算方法服务。”

石墨烯等二维材料的可控自旋输运在器件中的应用前景日益广阔。特别令人感兴趣的是定制的异质结构，被称为范德华异质结构，它由一堆二维材料以精确控制的顺序组成。

数以十亿计的自旋电子器件如传感器和存储器已经被生产出来。每个硬盘驱动器都有一个使用自旋流的磁传感器，磁随机存取存储器(MRAM)芯片正变得越来越受欢迎。

这篇论文的合著者弗朗西斯科·几内亚教授说:“自旋电子学领域揭示了固体行为的许多新方面。自旋携带电子运动的基础研究是凝聚态物理中最活跃的领域之一。

“自2004年拓扑绝缘体概念的提出之后，具有非平凡拓扑电子和磁性的新量子材料的识别和表征正在世界范围内被深入研究。自旋电子学是这项研究的核心。由于其纯度、强度和简单性，2D材料是寻找这些与量子物理、电子和磁性相关的独特拓扑特征的最佳平台。”

总体而言，石墨烯及相关二维材料的自旋电子学领域目前正朝着实际石墨烯自旋电子学器件的展示方向发展，如耦合纳米振荡器，应用于空间通信、高速无线电链路、车载雷达和芯片间通信等领域。

参考文献:A. Avsar, H. Ochoa, F. Guinea, B. Özyilmaz, B. J.;和i。J。Vera-Marun, 2020年6月2日，《现代物理学评论》。DOI: 10.1103 / RevModPhys.92.021003

先进材料是曼彻斯特大学的研究灯塔之一，是开拓性发现、跨学科合作和跨部门合作的典范，它们正在解决地球面临的一些最大问题。