荷兰研究人员使用磁性石墨烯完成二维自旋逻辑存储器技能

在自旋电子学中，电子的磁矩（自旋）被用来传输和操作信息。一个超紧凑的二维自旋逻辑电路可以由二维资料构建，它可以远间隔传输自旋信息，也可以供给电荷电流的强自旋极化。格罗宁根大学（荷兰）和哥伦比亚大学（美国）的物理学家的试验标明，磁性石墨烯可以成为这些二维自旋逻辑设备的终究挑选，因为它可以有用地将电荷转换为自旋电流，并且可以长间隔传输这种强自旋极化。

这一发现于今日（2021年5月6日）宣布在《天然-纳米技能》上。

自旋电子器材是现在电子器材的颇有远景的高速和节能替代品。这些设备利用电子的磁矩即所谓的自旋（"向上"或 "向下"）来传输和存储信息。回忆技能的不断减缩需求越来越小的自旋电子器材，因而它寻求可以自动发生大自旋信号并在微米级的间隔上传输自旋信息的原子级薄资料。

十多年来，石墨烯一直是传输自旋信息的最有利的二维资料。但是，石墨烯自身不能发生自旋电流，除非它的特性被适当地修正。完结这一方针的办法之一是使其作为一种磁性资料。磁性将有利于一种自旋的经过，从而在自旋上升与自旋下降的电子数量上发生不平衡。在磁性石墨烯中，这将带来一个高度自旋极化的电流。

榜首作者Talieh Ghiasi(右)和第二作者Alexey Kaverzin在Zernike高档资料研究所的纳米器材物理试验室。资料来历：格罗宁根大学

这个主意现在现已被格罗宁根大学教授领导的纳米器材物理小组的科学家们在试验中证明。由格罗宁根大学Zernike先进资料研究所的Bart van Wees教授领导的纳米器材物理学小组的科学家们现在现已证明了这个主意。当他们将石墨烯接近二维层状反铁磁体CrSBr时，他们可以直接丈量由磁性石墨烯发生的很多自旋极化电流。

在传统的根据石墨烯的自旋电子器材中，铁磁(钴)电极被用来向石墨烯注入和检测自旋信号。论文榜首作者Talieh Ghiasi解说说，与此相反，在由磁性石墨烯构建的电路中，自旋的注入、传输和检测都可以由石墨烯自身完结。咱们检测到磁性石墨烯中14%的电导率的反常大的自旋极化，这也有望经过横向电场进行有用调控。这一点，加上石墨烯超卓的电荷和自旋传输特性，可以完结全石墨烯二维自旋逻辑电路，其间仅磁性石墨烯就可以注入、传输和检测自旋信息。

此外，在任何电子电路中发生的不可避免的热耗散在这些自旋电子器材中被转化为一种优势。因为焦耳加热，磁性石墨烯中的温度梯度被转换为自旋电流。这是由自旋相关的塞贝克效应发生的，试验中也初次在石墨烯中观察到这种效应。磁性石墨烯有用地发生自旋电流的电和热，有望为二维自旋电子和自旋卡洛里特技能带来实质性的发展。

此外，石墨烯中的自旋输运对附近的反铁磁体最外层的磁行为高度灵敏。这意味着这种自旋输运丈量可以读出单个原子层的磁化。因而，根据石墨烯的磁性设备不只处理了二维存储器和传感体系中石墨烯磁性的最技能相关问题，并且还供给了对磁性物理学的进一步深化了解。

这些成果的未来影响将在欧盟石墨烯旗舰方案的布景下进行研究，该方案致力于石墨烯和二维资料的新使用。