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美国海军研究实验室首次实现了石墨稀在室温条件下的自旋过滤
2017/01/09 点击 653 次

中国粉体网讯  美国海军研究实验室的研究团队将一层石墨烯置于镍层和铁层之间,制造出了首个能在室温条件下实现自旋过滤的薄膜结点设备,该研究成果将有助于下一代磁随机存储器(MRAM)的研制,在MRAM中,自旋极化脉冲将控制磁位在0和1之间跳转。

石墨稀在自旋电子学中的历史

电子具有电荷和自旋两个属性,现今的微电子技术只利用了其电荷属性,而在新兴的自旋电子学中,电子自旋将取代电荷成为信息的载体。石墨烯在自旋电子学中具有不同寻常的历史,起初,石墨烯并没有被各种应用纳入考虑范围,因为当它被展平后,电子的旋转并不受影响,方向仍然是随机的。然而大量的研究项目改变了人们的这种想法,其结果表明,石墨烯在自旋电子学的应用中有着诸多潜在的可能。


自旋过滤现象


自旋过滤是一种可以得到高度自旋极化的电荷载体现象。从本质上说,新的设备就像一种滤波器,只允许拥有某种自旋形态的电子通过,而阻止其他自旋形态的电子,从而确保了电子的上、下两极彼此区别开,形成数字逻辑“0”和“1”。


原理介绍


在这种分层结构中,自旋过滤现象是石墨烯与晶体镍膜的量子力学性质相互作用的结果。当镍和石墨烯层对齐时,只有特定的自旋方向的电子能够从一个材料转移到其他材料。


研究突破


该研究主要负责人、海军研究实验室材料科学与技术分部的Enrique Cobas博士说:“自旋过滤效应在很早以前就被理论预测过,并且被认为只存在于低温环境的高阻抗结构中。新的研究成果表明,该效应也可以在室温条件下、在非常低阻抗的设备组合中工作。”


在发表于美国化学学会《纳米》期刊的论文中,科学家们进行了叠层石墨烯薄膜导电性及其与其他材料的相互作用的研究。为此,他们提出了在光滑的晶体镍合金薄膜上直接生长多层石墨烯的方法。这一过程保留了镍合金薄膜的磁特性,从而科学家们可以将薄膜变成结点阵列。


提升空间


该项目研究成员、海军研究实验室材料科学与技术分部的Olaf vant Erve博士表示:“该研究还有提升的空间,理论证明,当很好的调节石墨烯层的数量之后,该效应的效果还可以提高一个数量级。然而,目前的模型不包括发生在铁磁触点内的自旋转换。在考虑到这些影响后,我们已经接近在石墨烯层中百分之百自旋极化的理想情况,使我们能够改变我们的设备的形状和材料,以最大限度地发挥作用。”


(来源:产业互联网)


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