石墨烯有望在未來的自旋電子器件應(yīng)用中大放異彩
發(fā)布時(shí)間：2015/4/28 訪問人數(shù)：1725次
查爾摩斯工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)石墨烯是電子長(zhǎng)時(shí)間保持自旋，這將使處理器更迅捷并減少能源消耗。
查爾摩斯工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，大面積石墨烯能使電子自旋保持相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間并且傳播到比過去所知更遠(yuǎn)的距離。這項(xiàng)研究為自旋電子的發(fā)展打開了一扇門——目的是制造用于計(jì)算機(jī)的更迅捷、更高效能的存儲(chǔ)器和處理器。
查爾摩斯工學(xué)院這個(gè)研究小組的帶頭人Saroj Dash表示，他們相信這些結(jié)果會(huì)在研究領(lǐng)域里引起巨大關(guān)注，讓石墨烯成為自旋電子器件應(yīng)用中的重要拼圖。
自旋電子技術(shù)基于量子態(tài)的電子，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被用于先進(jìn)硬盤進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和磁性隨機(jī)存取內(nèi)存。但這里基于自旋的信息只需要移動(dòng)幾個(gè)納米或百萬分之一毫米。幸運(yùn)的是，自旋是電子的特有屬性，其在大多數(shù)材料中存在時(shí)間極其短暫，并且很容易受到干擾。然而，代替或者作為電荷量的補(bǔ)充，開發(fā)利用自旋技術(shù)作為信息的載體相比也有重大優(yōu)勢(shì)。自旋電子技術(shù)能明顯讓處理器更迅捷并減少能源消耗。
在擴(kuò)展自旋電子技術(shù)在電子器件工業(yè)應(yīng)用中，石墨烯是很有發(fā)展前景的。它不只是一種優(yōu)秀的導(dǎo)體，而且在理論上，有保持電子的自旋完整的獨(dú)特能力。
在未來的基于自旋的器件中，電子必須能夠在旋轉(zhuǎn)保持一致的情況下運(yùn)動(dòng)幾十微米。金屬，如鋁或銅，都不具備這樣的能力。Saroj Dash說石墨烯是目前唯一可能行的材料。
現(xiàn)今，石墨烯是由少數(shù)幾家公司使用一些不同的方法工業(yè)生產(chǎn)的，全都在發(fā)展的初期階段。你可以簡(jiǎn)單地理解高質(zhì)量石墨烯只能以非常小片的形式得到，而較大的石墨烯的不是質(zhì)量太低，就是從電子產(chǎn)業(yè)的角度上看有其他缺點(diǎn)。
這種說法現(xiàn)在受到查默斯大學(xué)小組研究結(jié)果的質(zhì)疑。 他們使用化學(xué)氣相沉積制備石墨烯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該方法使石墨烯有很多褶皺、粗糙的表面和其他缺陷。
但它也有優(yōu)點(diǎn)： 在大面積石墨烯上工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)上有良好的前景。CVD 石墨烯能輕松從它生長(zhǎng)的銅箔上移除，并吊裝到半導(dǎo)體工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)材料——硅晶片上。
雖然這種材料的質(zhì)量還不夠理想，研究小組現(xiàn)在可以展示的自旋參數(shù)比以前報(bào)告中類似襯底上的CVD 石墨烯高六倍。
Venkata Kamalak說：“我們的測(cè)量結(jié)果表明，自旋信號(hào)保存在石墨烯渠道達(dá) 16 微米長(zhǎng)。自旋保持對(duì)齊的持續(xù)時(shí)間超過一納秒?！?br />
這項(xiàng)研究的前景在于它表明隨著我們制備方法的改進(jìn)自旋參數(shù)可以進(jìn)一步優(yōu)化。研究者們專注自旋電流能夠傳達(dá)多遠(yuǎn)不應(yīng)該只認(rèn)為它與在一種新型材料中發(fā)送信息有關(guān)或者用石墨烯代替金屬或半導(dǎo)體，而是一種全新的方式執(zhí)行邏輯運(yùn)算和存儲(chǔ)信息。這個(gè)概念如果成功，將使數(shù)字技術(shù)跨越對(duì)半導(dǎo)體的依賴。
石墨烯是良導(dǎo)體，沒有能隙，因此在自旋電子中無需為能隙切換打開和關(guān)閉、一和零，而是由電子的自旋方向的上下來控制的。
現(xiàn)在短期的目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)邏輯組件，就像晶體管一樣，不過由石墨烯和磁性材料構(gòu)成。自旋電子技術(shù)最終能否完全可以替代半導(dǎo)體技術(shù)仍是一個(gè)懸而未決的問題，需要大量的研究。但是石墨烯憑借其良好的自旋傳導(dǎo)能力極有可能大放光芒。
