石墨烯在室温下实现自旋过滤

科技日报北京12月29日电 （记者刘霞）据美国《IEEE光谱》杂志12月28日报道，美国水师试验室的科学家将一层石墨烯置于镍层和铁层之间，制作出了首个能在室温下过滤自旋的薄膜结点设备，最新研究将有助于下一代磁随机存储器（MRAM）的研制。

电子具有两个重要的属性：电荷和自旋，现代微电子技术只利用了电子的电荷属性；而在新兴的自旋电子学中，自旋代替电荷作为信息贮存和传输的载体。自旋过滤能获得高度自旋极化的载荷子。在磁随机存储器中，自旋极化脉冲让磁位在“0”和“1”之间切换，从而完成数据的存储和传输。

起先，石墨烯并没有运用于该领域，缘由是当它平放时，电子的自旋不受影响且方向随机。但许多研究结果表示，石墨烯有希望在自旋电子学领域“大展身手”。此次研究制作出的最新设备就是一个例证。从实质上来讲，新设备就像一种过滤器，仅让拥有某种自旋的电子通过；而阻拦拥有其他自旋的电子，确保电子的上、下极化彼此差别开来，制作出数字逻辑“0”和“1”。

研究发表在美国化学学会《纳米》杂志上，科学家们正在研究叠层石墨烯薄膜的导电性和它们与其他材料之间的互相用处。为此，他们想出了一种新办法，在一块滑腻的晶体镍合金薄膜上，直接“栽种”大块的多层石墨烯薄层，这一过程设法保住了镍合金薄膜的磁性，使他们能将镍薄膜变为结点阵列。

研究人员解释称，新架构中的自旋过滤现象是石墨烯的量子力学属性同晶体镍薄膜的量子力学属性互相用处的结果，当镍层与石墨烯层对齐时，仅拥有特定自旋的电子能从一种物质转移到其他物质。

该研究主要负责人、水师研究试验室材料科学和技术分部的恩里克·寇巴斯说：“自旋过滤效应已被理论猜测，之前仅在处于低温的高电阻构造内看到，新结果表示，这一效应也能在室温低电阻设备内工作。”

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很长时间以来，现代微电子技术都没有考虑电子的自旋特征，致使后者的运用价值被疏忽。但目前自旋电子俨然是技术“新贵”了，科学家们正在普遍挖掘能运用于自旋电子学的材料，它们请求有较高的电子极化率，又要有较长的电子自旋弛豫时间。石墨烯能在室温下完成自旋过滤，这将致使新的量子力学器件产生，而其最后目标，就是引发信息工程的革命。

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