利用石墨烯和2D材料使电子技术超越摩尔定律

时间：2021-09-22 16:52:14 来源：

设在曼彻斯特，荷兰，新加坡，西班牙，瑞士和美国的一组研究人员发表了有关自旋电子学的计算机设备开发领域的新评论，该研究可以将石墨烯用作下一代电子产品的基础。

来自曼彻斯特，荷兰，新加坡，西班牙，瑞士和美国的一组研究人员发表了有关计算机设备开发领域的新评论，该领域称为自旋电子学，该技术可以将石墨烯用作下一代电子产品的基础。

在石墨烯和相关的二维（2D）材料中的电子自旋输运研究中，最近的理论和实验进展以及现象已经成为研究和开发的一个引人入胜的领域。

自旋电子学是纳米级电子学和磁性学的结合，可以使电子发展速度超过摩尔定律。摩尔定律指出，计算机处理能力每两年大约翻一番，而价格却减半。与依赖于充电电流的常规电子设备相比，自旋电子设备可以提供更高的能效和更低的耗散。原则上，我们可以让手机和平板电脑使用基于自旋的晶体管和存储器，从而大大提高速度和存储容量。

自2004年被隔离以来，石墨烯为其他2D材料打开了大门。然后，研究人员可以使用这些材料来创建称为异质结构的2D材料堆栈。可以将它们与石墨烯结合使用，以创建新的“设计器材料”，以生产最初仅限于科幻小说的应用程序。

正如发表在《 APS Journal of Modern Physics》（现代物理学评论）上的评论一样，该评论着重于异质结构及其出现的现象所提供的新观点，包括接近使能的自旋轨道效应，自旋与光的耦合，电可调性和2D磁性。

“石墨烯自旋电子学以及2D异质结构的不断发展，已经导致了使用以前仅石墨烯无法获得的效应有效地创建，传输和检测自旋信息。”—伊万·维拉·马伦博士

普通人已经在笔记本电脑和PC中遇到了自旋电子器件，它们已经在硬盘驱动器的读取头中以磁传感器的形式使用了自旋电子器件。这些传感器也用于汽车工业。

曼彻斯特大学凝聚态物理讲师Ivan Vera Marun博士说：“石墨烯自旋电子学的不断发展，以及二维异质结构的不断发展，已经导致使用以前仅石墨烯无法获得的效应有效地创建，传输和检测自旋信息。

“随着在基础和技术方面的不断努力，我们相信，即使在室温下，弹道自旋传输也将在二维异质结构中实现。这种传输将使电子波函数的量子力学性能得到实际利用，使2D材料中的自旋带动未来的量子计算方法。

对于器件中的应用，石墨烯和其他二维材料中受控的自旋传输已变得越来越有希望。特别感兴趣的是定制定制的异质结构，称为范德华异质结构，它由精确控制顺序的二维材料堆栈组成。

数十亿个旋转电子设备（例如传感器和存储器）已经在生产。每个硬盘驱动器都有一个使用自旋流的磁性传感器，磁性随机存取存储器（MRAM）芯片正变得越来越流行。

该论文的共同作者弗朗西斯科·几内亚教授说：“自旋电子学领域揭示了固体行为的许多新颖方面。自旋携带电子运动的基本方面的研究是凝聚态物理学中最活跃的领域之一。

在2004年提出拓扑绝缘子的概念之后，全世界正在广泛地研究具有非平凡的拓扑电子和磁性特性的新量子材料的鉴定和表征。Spintronics是此搜索的核心。由于其纯度，强度和简单性，二维材料是找到与量子物理学，电子学和磁性相关的这些独特拓扑特征的最佳平台。”

总体而言，石墨烯和相关2D材料中的自旋电子学领域目前正在朝着实用石墨烯自旋电子器件的演示方向发展，例如用于空间通信，高速无线电链路，车辆雷达和芯片间通信应用领域的耦合纳米振荡器。

参考：“学术讨论会：石墨烯和其他二维材料中的自旋电子学”，A。Avsar，H。Ochoa，F。Guinea，B。Özyilmaz，B.J。van Wees和I.J.维拉·马伦（Vera-Marun），2020年6月2日，《现代物理学评论》。
10.1103 / RevModPhys.92.021003

先进的材料是曼彻斯特大学的研究信标之一-开拓性发现，跨学科合作以及跨行业合作伙伴关系的例子，这些问题正在解决地球面临的一些最大问题。

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