中國(guó)粉體網(wǎng)訊  美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)將一層石墨烯置于鎳層和鐵層之間，制造出了首個(gè)能在室溫條件下實(shí)現(xiàn)自旋過(guò)濾的薄膜結(jié)點(diǎn)設(shè)備，該研究成果將有助于下一代磁隨機(jī)存儲(chǔ)器（MRAM）的研制，在MRAM中，自旋極化脈沖將控制磁位在0和1之間跳轉(zhuǎn)。

石墨稀在自旋電子學(xué)中的歷史

電子具有電荷和自旋兩個(gè)屬性，現(xiàn)今的微電子技術(shù)只利用了其電荷屬性，而在新興的自旋電子學(xué)中，電子自旋將取代電荷成為信息的載體。石墨烯在自旋電子學(xué)中具有不同尋常的歷史，起初，石墨烯并沒(méi)有被各種應(yīng)用納入考慮范圍，因?yàn)楫?dāng)它被展平后，電子的旋轉(zhuǎn)并不受影響，方向仍然是隨機(jī)的。然而大量的研究項(xiàng)目改變了人們的這種想法，其結(jié)果表明，石墨烯在自旋電子學(xué)的應(yīng)用中有著諸多潛在的可能。

自旋過(guò)濾現(xiàn)象

自旋過(guò)濾是一種可以得到高度自旋極化的電荷載體現(xiàn)象。從本質(zhì)上說(shuō)，新的設(shè)備就像一種濾波器，只允許擁有某種自旋形態(tài)的電子通過(guò)，而阻止其他自旋形態(tài)的電子，從而確保了電子的上、下兩極彼此區(qū)別開(kāi)，形成數(shù)字邏輯“0”和“1”。

原理介紹

在這種分層結(jié)構(gòu)中，自旋過(guò)濾現(xiàn)象是石墨烯與晶體鎳膜的量子力學(xué)性質(zhì)相互作用的結(jié)果。當(dāng)鎳和石墨烯層對(duì)齊時(shí)，只有特定的自旋方向的電子能夠從一個(gè)材料轉(zhuǎn)移到其他材料。

研究突破

該研究主要負(fù)責(zé)人、海軍研究實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)與技術(shù)分部的Enrique Cobas博士說(shuō)：“自旋過(guò)濾效應(yīng)在很早以前就被理論預(yù)測(cè)過(guò)，并且被認(rèn)為只存在于低溫環(huán)境的高阻抗結(jié)構(gòu)中。新的研究成果表明，該效應(yīng)也可以在室溫條件下、在非常低阻抗的設(shè)備組合中工作。”

在發(fā)表于美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)《納米》期刊的論文中，科學(xué)家們進(jìn)行了疊層石墨烯薄膜導(dǎo)電性及其與其他材料的相互作用的研究。為此，他們提出了在光滑的晶體鎳合金薄膜上直接生長(zhǎng)多層石墨烯的方法。這一過(guò)程保留了鎳合金薄膜的磁特性，從而科學(xué)家們可以將薄膜變成結(jié)點(diǎn)陣列。

提升空間

該項(xiàng)目研究成員、海軍研究實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)與技術(shù)分部的Olaf vant Erve博士表示：“該研究還有提升的空間，理論證明，當(dāng)很好的調(diào)節(jié)石墨烯層的數(shù)量之后，該效應(yīng)的效果還可以提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。然而，目前的模型不包括發(fā)生在鐵磁觸點(diǎn)內(nèi)的自旋轉(zhuǎn)換。在考慮到這些影響后，我們已經(jīng)接近在石墨烯層中百分之百自旋極化的理想情況，使我們能夠改變我們的設(shè)備的形狀和材料，以最大限度地發(fā)揮作用�！�