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旋转:使用石墨烯电子自旋的室温场效应晶体管

发布时间:2019-01-31 17:25:01 来源:

位于瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学的Graphene旗舰研究人员在Nature Communications上发表了一篇研究论文,展示了一种在室温下工作的基于石墨烯的自旋场效应晶体管。利用石墨烯和其他分层材料异质结构中的电子自旋,研究人员已经将工作装置作为集成自旋电子逻辑和存储器件的一步。

我们计算机内的当前半导体逻辑器件使用电子电荷的流量和控制来进行信息处理。自旋电子存储器件使用电子自旋的固有特性来存储信息。对于未来的设备,研究人员正在寻找将信息处理和存储集成在一个设备单元中的方法。

“由于原子质量低,石墨烯是室温下自旋转运的理想介质。然而,未解决的挑战是控制环境温度下的自旋电流”,查尔姆斯理工大学的组长和副教授Saroj Dash解释道。

石墨烯旗舰研究员Andre Dankert和Saroj Dash现在已经表明,可以在室温下以受控方式电控制石墨烯的自旋特性。这不仅可以在自旋逻辑运算中开辟许多新的可能性,而且可以在单个器件中与磁存储器元件集成。随着进一步的发展,如果可以在没有电荷流的情况下产生自旋电流,则这将需要更少的功率并且导致更多功能的设备。随着我们越来越多地转向手持移动计算,这一点尤为重要。

“以类似晶体管的方式控制自旋电流的流动是十年之久的梦想,也是所有电气自旋逻辑应用的缺失环节。” 查尔姆斯理工大学的主要作者安德烈·丹克特说:“研究人员近十年来一直在研究各种层状材料的自旋输运特性,以及如何调整它们以实现这一目标。我们的工作是该领域的一个重要里程碑自旋电子学。“

石墨烯已被证明可以通过几个旗舰集团远距离传输旋转。将石墨烯与另一种层状材料相结合,其中旋转持续时间少得多,可以产生类似器件的自旋场效应晶体管。

谈论使用异质结构创建自旋电子器件是Saroj Dash,“通过结合石墨烯,其中旋转持续纳秒与二硫化钼,其中旋转仅持续皮秒,您可以通过使用栅极电压来控制旋转的位置 - 基本上您可以重要的是,我们在这项研究中展示了一种特殊的材料组合,使这种旋转开关能够在室温下工作。“

Saroj Dash还补充说:“我们多年来一直在研究石墨烯自旋电子学,我们加入了石墨烯旗舰,因为我们的目标与旗舰自旋电子学工作包的目标一致 - 研究室温石墨烯自旋电子器件,将理论和实验研究。石墨烯旗舰社区的协作性质,以及面对面的会议,引起了我们自旋电子领域的许多富有成效的讨论。这种合作方式也与我们的商业合作伙伴Graphenea建立了良好的关系。我们提供我们需要的石墨烯样品。“

谈到他的研究中的后续步骤,Andre Dankert说:“现在我们知道器件结构的关键参数,我们可以优化它以增加有效增益和晶体管动作。”

许多分层材料对于自旋电子学很有前途。除了探索这些单个晶体的有趣特性之外,揭示其异质结构的潜力也是有趣的。Saroj Dash解释说,更大的目标是通过堆叠具有互补性质的不同层,在基于层状材料的装置中产生新的自旋现象。

自旋电子学工作包的领导者Bart van Wees补充说:“未来的挑战将是探索和使用新的范德瓦尔斯异质结构所带来的新的自旋电子功能。作者已经在这里迈出了重要的一步。”

Graphene旗舰管理小组和科技官员主席Andrea Ferrari教授补充说:“自旗舰产品开始以来,自旋电子学一直是基本的工作方案之一。它一直被视为长期投资。令人兴奋看到设备取得了如此大的进步“

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