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 據(jù)報(bào)道，荷蘭格羅寧根大學(xué)的物理學(xué)家與德國雷根斯堡大學(xué)理論物理小組合作建立了一個(gè)優(yōu)化的雙層石墨烯裝置，它顯示出長自旋壽命和電可控的自旋壽命各向異性。它有潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，如基于自旋的邏輯器件。物理學(xué)家在《物理評(píng)論快報(bào)》“Physical Review Letters”中描述了新的石墨烯器件。

過去幾十年來，計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步主要是由計(jì)算機(jī)芯片上元件的穩(wěn)定小型化推動(dòng)的。這種小型化已經(jīng)達(dá)到低于100個(gè)原子的尺度并接近其基本極限。由于不斷增加的各種計(jì)算應(yīng)用也對(duì)性能和能量效率提出了更高的要求，因此我們需要能夠提供增強(qiáng)功能的新的計(jì)算概念。

在此背景下，研究人員正在研究利用電子自旋來傳輸和存儲(chǔ)信息的潛能。自旋是電子的量子力學(xué)性質(zhì)，賦予它們一個(gè)磁矩，可以用來傳遞或存儲(chǔ)信息。自旋電子學(xué)領(lǐng)域（spintronics）已經(jīng)進(jìn)入到計(jì)算機(jī)的硬盤驅(qū)動(dòng)器，并有望徹底改變處理單元。

自旋電子學(xué)研究的一個(gè)焦點(diǎn)是優(yōu)化材料的輸運(yùn)和自旋控制。石墨烯是一種優(yōu)良的電子自旋導(dǎo)體，但由于它與碳原子的相互作用（自旋-軌道耦合）很弱，因此很難控制這種材料的自旋。在以前的工作中，由Bart van Wees領(lǐng)導(dǎo)的格羅寧根大學(xué)納米器件物理學(xué)小組的研究人員將石墨烯置于過渡金屬二鹵化物附近，過渡金屬二鹵化物是一種具有高本征自旋-軌道耦合強(qiáng)度的層狀材料。他們發(fā)現(xiàn)，這導(dǎo)致高的自旋-軌道耦合強(qiáng)度通過界面上的短程相互作用轉(zhuǎn)移到石墨烯，使得控制自旋電流成為可能，但是這是以降低自旋壽命為代價(jià)實(shí)現(xiàn)的。

在這項(xiàng)新的研究中，研究人員成功地控制了石墨烯雙層中的自旋電流。“這實(shí)際上是在2012年的論文中預(yù)測(cè)的，但是精確測(cè)量這種效果的技術(shù)直到最近才開始應(yīng)用。”Van Wees團(tuán)隊(duì)的博士生，該論文的第一作者Christian Leutenantsmeyer解釋說。

2012年這篇論文預(yù)測(cè)了石墨烯雙層中的各向異性自旋輸運(yùn)是自旋軌道耦合的結(jié)果。各向異性自旋輸運(yùn)指出指向或退出石墨烯平面的自旋以不同的效率進(jìn)行。這一點(diǎn)在Leutenantsmeyer和他的同事們所制造的設(shè)備中確實(shí)得到了證實(shí)。

研究人員發(fā)現(xiàn)他們可以利用自旋壽命各向異性來控制自旋電流，因?yàn)槊鎯?nèi)自旋的衰減比面外自旋快得多，因此能夠極化自旋電流。“我們發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度各向異性可與石墨烯/過渡金屬二鹵化物裝置相媲美，但我們觀察到100倍大的自旋壽命。”Leutenantsmeyer說：“因此，我們既實(shí)現(xiàn)了自旋的有效傳輸，又實(shí)現(xiàn)了自旋的有效控制。”

這項(xiàng)工作對(duì)雙層石墨烯中自旋軌道耦合的基本性質(zhì)進(jìn)行了深入的探討。“此外，我們的發(fā)現(xiàn)為高質(zhì)量石墨烯的自旋的有效電控制開辟了新的途徑，這是石墨烯里程碑式的發(fā)現(xiàn)。”Leutenantsmeyer補(bǔ)充道。