據(jù)美國《IEEE光譜》雜志近日報道，美國海軍實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家將一層石墨烯置于鎳層和鐵層之間，制造出了首個能在室溫下過濾自旋的薄膜結(jié)點(diǎn)設(shè)備，最新研究將有助于下一代磁隨機(jī)存儲器（MRAM）的研制。

電子具有兩個重要的屬性：電荷和自旋，現(xiàn)代微電子技術(shù)只利用了電子的電荷屬性；而在新興的自旋電子學(xué)中，自旋取代電荷作為信息儲存和傳輸?shù)妮d體。自旋過濾能得到高度自旋極化的載荷子。在磁隨機(jī)存儲器中，自旋極化脈沖讓磁位在“0”和“1”之間切換，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和傳輸。

起初，石墨烯并沒有應(yīng)用于該領(lǐng)域，因?yàn)楫?dāng)它平放時，電子的自旋不受影響且方向隨機(jī)。但很多研究結(jié)果表明，石墨烯有望在自旋電子學(xué)領(lǐng)域“大展身手”。此次研究制造出的最新設(shè)備就是一個例證。從本質(zhì)上來說，新設(shè)備就像一種過濾器，僅讓擁有某種自旋的電子通過；而阻止擁有其他自旋的電子，確保電子的上、下極化彼此區(qū)別開來，制造出數(shù)字邏輯“0”和“1”。

研究發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會《納米》雜志上，科學(xué)家們正在研究疊層石墨烯薄膜的導(dǎo)電性以及它們與其他材料之間的相互作用。為此，他們想出了一種新方法，在一塊光滑的晶體鎳合金薄膜上，直接“種植”大塊的多層石墨烯薄層，這一過程設(shè)法保住了鎳合金薄膜的磁性，使他們能將鎳薄膜變成結(jié)點(diǎn)陣列。

研究人員解釋稱，新架構(gòu)中的自旋過濾現(xiàn)象是石墨烯的量子力學(xué)屬性同晶體鎳薄膜的量子力學(xué)屬性相互作用的結(jié)果，當(dāng)鎳層與石墨烯層對齊時，僅擁有特定自旋的電子能從一種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到其他物質(zhì)。

該研究主要負(fù)責(zé)人、海軍研究實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)和技術(shù)分部的恩里克·寇巴斯說：“自旋過濾效應(yīng)已被理論預(yù)測，以前僅在處于低溫的高電阻結(jié)構(gòu)內(nèi)看到，新結(jié)果表明，這一效應(yīng)也能在室溫低電阻設(shè)備內(nèi)工作。”

總編輯圈點(diǎn)

很長時間以來，現(xiàn)代微電子技術(shù)都沒有考慮電子的自旋特性，致使后者的應(yīng)用價值被忽略。但現(xiàn)在自旋電子儼然是技術(shù)“新貴”了，科學(xué)家們正在廣泛挖掘能應(yīng)用于自旋電子學(xué)的材料，它們要求有較高的電子極化率，又要有較長的電子自旋弛豫時間。石墨烯能在室溫下實(shí)現(xiàn)自旋過濾，這將導(dǎo)致新的量子力學(xué)器件產(chǎn)生，而其最終目的，就是引起信息工程的革命。