研究人員通過一維接觸推進(jìn)石墨烯自旋電子學(xué)以提高納米級器件的移動性
曼徹斯特大學(xué)的研究人員可能已經(jīng)清除了量子計(jì)算道路上的一個重大障礙，證明了納米級石墨烯基電子設(shè)備的自旋輸運(yùn)特性的逐步改進(jìn)。
該團(tuán)隊(duì)由IvanVeraMarun博士領(lǐng)導(dǎo)的國家石墨烯研究所(NGI)的研究人員以及來自的合作者以及由厄瓜多爾和墨西哥資助的國際學(xué)生組成，他們使用了由另一種二維材料(六方氮化硼)封裝的單層石墨烯。具有一維接觸的所謂范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)(主圖，上圖)。觀察到這種架構(gòu)提供了極高質(zhì)量的石墨烯通道，減少了傳統(tǒng)二維隧道接觸的干擾或電子“摻雜”。
與依賴充電電流的傳統(tǒng)電子產(chǎn)品相比，眾所周知的“自旋電子”設(shè)備可以提供更高的能源效率和更低的耗散。原則上，使用基于自旋的晶體管和存儲器運(yùn)行的手機(jī)和平板電腦的速度和存儲容量可以大大提高，超過摩爾定律。
正如在NanoLetters上發(fā)表的那樣，曼徹斯特團(tuán)隊(duì)在低溫(20K或-253oC)下測量了高達(dá)130,000cm2/Vs的電子遷移率。出于比較的目的，之前發(fā)表的制造具有1D觸點(diǎn)的器件的唯一努力實(shí)現(xiàn)了低于30,000cm2/Vs的遷移率，并且在NGI測量的130k數(shù)字高于任何其他先前證明自旋傳輸?shù)氖┩ǖ赖挠涗洝?/p>
研究人員還記錄了接近20微米的自旋擴(kuò)散長度。越長越好，大多數(shù)典型的導(dǎo)電材料(金屬和半導(dǎo)體)的自旋擴(kuò)散長度<1μm。此處觀察到的自旋擴(kuò)散長度值與迄今為止展示的最佳石墨烯自旋電子器件相當(dāng)。
該研究的主要作者VictorGuarochico說，他們的“工作是對石墨烯自旋電子學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。關(guān)于基于石墨烯的自旋電子器件，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了迄今為止最大的載流子遷移率。此外，自旋信息在與最佳距離相當(dāng)?shù)木嚯x內(nèi)保持不變。“
合著者克里斯·安德森補(bǔ)充說：“這項(xiàng)研究工作為控制石墨烯通道中的自旋傳輸?shù)闹匾路f的方法提供了令人興奮的證據(jù)，從而為具有與先進(jìn)的當(dāng)代基于電荷的設(shè)備具有可比性的功能鋪平了道路。在這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上，擁有一維接觸的雙層石墨烯器件現(xiàn)在正在被表征，其中靜電可調(diào)帶隙的存在為自旋傳輸控制提供了額外的維度。”
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