格罗宁根大学 Siddharta Omar
荣誉:LinX摄影科学 为了制造利用电子自旋而不是电荷工作的晶体管，有必要找到一种开关自旋电流的方法
此外，自旋的寿命至少应该等于这些电子通过电路所需的时间
格罗宁根大学的科学家们现在已经向前迈出了重要的一步，他们基于二硫化钨层上的双层石墨烯，创造了一种满足这两个要求的器件
他们的研究结果发表在10月16日的《物理评论》杂志上
石墨烯是碳的二维形式，是电子自旋的优秀导体
然而，很难操纵这种材料中的自旋电流
自旋是电子的一种量子力学性质，这使得它们的行为像微小的磁铁
格罗宁根大学的纳米器件物理学小组，由巴特·范·威斯教授领导，正在研究这个问题
他们之前已经表明，如果将石墨烯置于二硫化钨(另一种二维材料)层之上，就有可能控制自旋电流
新技术 “然而，这种方法缩短了自旋的寿命，”范·威司小组的博士后悉达多·奥马尔解释道
钨是一种金属，它的原子影响穿过石墨烯的电子，耗散自旋电流
这使得奥马尔在二硫化钨上使用了双层石墨烯，基于这样的理论，即穿过上层的电子应该“感觉”到金属原子的影响较小
奥马尔还使用了另一种新技术，其中两种不同类型的自旋电流通过石墨烯
自旋是具有给定方向的磁矩
在正常材料中，自旋是不对齐的
然而，自旋流的磁矩——就像磁铁的磁矩一样——有优先排列
相对于电子通过的材料，它们的自旋可以是面内取向或面外取向
该多层装置
WS2:二硫化钨，hBN:氮化硼层
图片来源:悉达多·奥马尔/格罗宁根大学 能级 “我们发现，当电子穿过石墨烯外层时，面内自旋很快就消散了——只需几皮秒
然而，面外自旋的寿命大约要长一百倍
这意味着，即使在二硫化钨存在的情况下，自旋电流的一个分量(具有面外取向的自旋)也可以传播足够远，用于晶体管等器件
奥马尔观察到的自旋流的能级导致它们穿过石墨烯的上层
这个能级可以通过施加电场来提升，将自旋电流推入下层
奥马尔解释说:“在那里，自旋将感受到金属原子的全部效应，自旋电流将迅速消散。”
这种利用电场关闭自旋电流的能力很重要，因为它可以用来“选通”基于这种技术的晶体管
奥马尔说:“不幸的是，我们制造这些设备的基底的某些技术限制阻止了我们产生足够强的电场来产生这种门控效应。”
“然而，我们已经表明，通过石墨烯和二硫化钨制成的异质结构发送自旋电流是可能的
这是创造自旋晶体管的重要一步
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