石墨烯双层控制电子自旋传输，或将重新定义信息传递

注射器和检测电极之间的双层石墨烯薄片中各向异性自旋传输的示意图。平面外旋电子可快速传输，平面内旋则快速衰减

格罗宁根大学的物理学家与雷根斯堡大学理论物理团队合作，开发出一个优化的双层石墨烯器件，可显示电子长旋寿命以及电控旋转寿命的各向异性，具有实际应用（如基于自旋的逻辑设备）的潜力，研究结果于9月20日发表在“Physical Review Letters ”《物理评论快报》上。

过去60年间，计算机系统的小型化不但提高了运算能力，还使得它们能进入到千家万户的日常生活的方方面面。微处理器现已达到100原子以下的尺度，基本接近极限。要想追求更高的性能，人们需要一个新的信息传输概念。在此背景下，研究人员正在研究如何使用电子自旋来传输和存储信息。自旋是电子的量子力学性质，为电子提供了可用于传递或存储信息的磁矩。目前在计算机硬盘驱动器方面尝试应用自旋电子学领域技术，并有望彻底改变处理单元。

石墨烯是电子自旋的优良导体，但由于它们与碳原子的弱相互作用（自旋-轨道耦合），因此很难控制该材料的电子自旋。Bart van Wees教授领导的格罗宁根大学纳米设计物理学院团队为此进行研究改进，前期工作就是将石墨烯放置在过渡金属二硫属化物附近，这是一种具有高内在自旋-轨道耦合强度的层状材料。高自旋-轨道耦合强度通过界面处的短程相互作用转移到石墨烯上，从而在仅降低旋转持续时间的条件下控制石墨烯自旋电流。

在这项新研究中，研究人员设法控制双层石墨烯中的自旋电流，Van Wees小组的学生和PRL论文的第一作者-Leutenantsmeyer博士解释说：“实际上这是2012年一篇理论论文中的预测出来的，直到最近才获得准确测量效果的技术支持。”论文由Van Wees小组与德国雷根斯堡大学理论物理小组合作完成。

图为Christian Leutenantsmeyer（左）和论文合著者Josep Ingla-Aynés

在对石墨烯双层中的自旋-轨道耦合进行研究后，2012年的论文中预测了石墨烯双层中的各项异性自旋传输。各项异性自旋传输描述了以不同的效率进行只想石墨烯平面内或外旋转的情况，在Leutenantsmeyer和他的同事制作的设备中也可以观察到这一点。

自旋电流也可以使用自旋寿命的各项异性来控制，因为面内自旋比平面外自旋短的多，并且可以用于器件中以极化自旋电流。Leutenantsmeyer表示：“我们发现强度的各向异性与石墨烯/过渡金属二硫属化物装置相当，但我们观察到旋转寿命延长了100倍，表明我们实现了有效的自旋输送和有效的自旋控制。这项工作对双层石墨烯中自旋轨道耦合的基本属性及机理进行了解释，此外，我们的研究结果为高质量石墨烯中旋转的高效电气控制开辟了新的途径，这是石墨烯研究与应用的一个里程碑。”

文章来自phys网站，原文标题为Graphene bilayer provides efficient transport and control of spins，由新材料科技在线团队整理编辑。