擠壓晶體管到計(jì)算機(jī)芯片的更小區(qū)域的同時(shí)，半導(dǎo)體行業(yè)正在努力改善器件過熱的問題。

       現(xiàn)在約克大學(xué)和羅馬帝國(guó)大學(xué)的研究人員認(rèn)為，解決方案在于用單層石墨烯和過渡金屬二硫?qū)僭鼗铮═MDC）構(gòu)建的復(fù)合材料。他們發(fā)現(xiàn)，這些材料可以用來實(shí)現(xiàn)電子自旋 。

       “物理評(píng)論通訊”雜志發(fā)表的這項(xiàng)新研究，將來可能會(huì)引領(lǐng)低能耗電子產(chǎn)品行業(yè)。

       約克大學(xué)物理系主任研究員Aires Ferreira博士表示：“多年來，我們一直在尋找能夠?qū)﹄娮幼孕M(jìn)行高效電子控制的良好導(dǎo)體。”

       我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)二維石墨烯與某些半導(dǎo)體分層材料配對(duì)時(shí)，可以很輕松地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。我們的計(jì)算表明，在石墨烯層上施加小的電壓會(huì)導(dǎo)致傳導(dǎo)自旋的凈極化。

       我們相信，我們的預(yù)測(cè)將吸引大量來自自旋電子學(xué)界的興趣。石墨烯基結(jié)構(gòu)的靈活，原子級(jí)薄的性質(zhì)是應(yīng)用的主要優(yōu)點(diǎn)，此外，半導(dǎo)體組件的存在也是一大亮點(diǎn)。

       電子的自旋就像一個(gè)微小的點(diǎn)狀磁鐵，只能指向兩個(gè)方向---上下方向。在大部分電子自旋排列的材料中，產(chǎn)生磁響應(yīng)，可用于編碼信息。

       “自旋流”由“向上”和“向下”兩個(gè)相反的方向流動(dòng)，不帶凈電荷，因此理論上不產(chǎn)生加熱。因此，旋轉(zhuǎn)信息的控制將開啟超高能效計(jì)算機(jī)芯片的道路。研究小組表示，當(dāng)一個(gè)小電流通過石墨烯層時(shí)，由于靠近TMDC基底，因此會(huì)產(chǎn)生“自旋 - 軌道”力，從而在平面內(nèi)會(huì)自旋極化。他們還表明，即使在室溫下，電荷到自旋轉(zhuǎn)換的效率也可以相當(dāng)高。

       約克物理系博士生曼努埃爾·奧達(dá)尼（Manuel Offidani）在本次研究中進(jìn)行了大部分復(fù)雜的計(jì)算。他說：“電子自旋極化的電流是一個(gè)優(yōu)雅的相對(duì)論現(xiàn)象，出現(xiàn)在不同材料之間的界面。”

       我們之所以選擇石墨烯，主要是因?yàn)樗哂袃?yōu)良的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，為了增強(qiáng)石墨烯中電荷載體的相對(duì)論效應(yīng)，我們研究了與最近發(fā)現(xiàn)的分層半導(dǎo)體相匹配的物質(zhì)。

       羅馬尼亞羅馬第二大學(xué)自旋電子學(xué)組負(fù)責(zé)人Roberto Raimondi教授說：“電子自旋電流由于具有定向的可能性，所以在自旋電子學(xué)領(lǐng)域引起了很多關(guān)注，并且由于具體的對(duì)稱性條件而普遍出現(xiàn)。

       在這方面，我們的計(jì)算表明石墨烯與過渡金屬二硫族化合物結(jié)合是一個(gè)理想的平臺(tái)，抽象的理論可以立即應(yīng)用于展示實(shí)驗(yàn)和技術(shù)發(fā)展。

       在2001年，非磁介質(zhì)中的電流誘導(dǎo)自旋極化首先在半導(dǎo)體中被證實(shí)，最近在金屬異質(zhì)界面中也被證明。現(xiàn)在研究人員預(yù)測(cè)，TMDC單層上的石墨烯會(huì)出現(xiàn)類似的效應(yīng)。

       令人驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)石墨烯中電子狀態(tài)的獨(dú)特性使電荷轉(zhuǎn)自旋轉(zhuǎn)換效率高達(dá)94％。這就使石墨烯基復(fù)合材料成為超緊湊和更環(huán)保的自旋邏輯器件成為可能。

       Roma Tre大學(xué)自旋電子學(xué)團(tuán)隊(duì)前成員MircoMilletarì博士說：“這項(xiàng)工作遵循了對(duì)基本法律的理解，使我們能夠設(shè)想系統(tǒng)的電荷 - 自旋轉(zhuǎn)換效率對(duì)于技術(shù)應(yīng)用是最佳的，尤其是對(duì)未來器件耐久性和低耗能性的電子設(shè)備。