当前位置:科技 > 科学 > 正文

石墨烯又一黑科技,或颠覆数字电路工作方式

2017-01-04 17:48:29       来源:雷锋网

带有过滤电子自旋功能的石墨烯节点概念图:蓝色的镍薄层和红色的铁薄层内含有两种自旋状态(上旋和下旋)的电子。 两层金属薄膜间放置了几层石墨烯(石墨烯即单层碳原子组成的准二维平面,雷锋网注),用来形成导电路径,这条路径只允许一种方向自旋的电子通过。电流通过这个金属结点后,就成为了自旋极化电流。

展示图来源:美国海军实验室NRL

在自旋电子学(也称磁电子学,雷锋网注)的历史上,石墨烯有着不同寻常的历史。这种电子学利用电子本身的自旋状态进行信息编码,而非传统地利用电子本身的电荷去编码。最初,石墨烯并没有出现在这项领域的视野内。因为当电子通过平面展开的石墨烯之后,自旋状态没有任何改变,而且电子的运动方向也仍然随机,并没有形成一定的路径。但是据雷锋网所知,最近的一项实验结果表明石墨烯对自旋电子学可能有很大的作用,这也改变了科研项目主管人员的看法。

雷锋网消息,来自美国海军实验室(NRL)的一个团队,最近做了一次实验,他们把一层石墨烯放到了几层镍和铁的中间。这种层叠结构,首次实现了常温下可过滤电子自旋的薄膜类结点。这项结果可能对于下一代磁阻式随机访问存储器(MRAM)的研发有着巨大帮助。MRAM的原理就是利用自旋极化后的脉冲,将存储位的磁信息从0翻转到1,亦可反向翻转。

自旋过滤这种现象,使获取高度自旋极化的载流子成为可能。实际上,这种设备的原理就和过滤器一样,只允许某一种自旋方向的电子通过,阻碍另一种自旋方向的电子。这样可以使电子的“上”和“下”旋可以被区分开来,从而形成了数字逻辑中的“0”和“1”。

在这种层叠结构中,自旋过滤现象是由石墨烯和晶镍薄膜的量子机械特性相互作用而产生的。在镍层和石墨烯层对齐后,这种结构只允许一种特定自旋方向的电子从材料中流向另一端。

“这种自旋过滤以前在理论上就有人预测过,但之前只在低温高阻结构下被证实过”,NRL材料科学技术部门的首席研究员Enrique Cobas博士在一次发布会上提到。“新的结果证实,这种效应(自旋过滤,雷锋网注)在常温下多种设备矩阵的低阻结构中也可以存在。”

在期刊ACS Nano的文章中,NRL的研究员们正在勘查石墨烯层叠后的导电性以及与其他材料的交互方式。为此,NRL的团队创造出了一种新的方法,可以直接在一张平整的晶镍合金薄膜上制造大片多层石墨烯薄膜。这种方法能够保持镍合金薄膜的磁特性,以便他们把这些薄膜排布成开关矩阵结点。

“我们依然有改进的空间,因为理论上通过精密调整石墨烯的层数,这种效应可以增强一个数量级,”NRL材料科学技术部门的科研员Olaf van‘t Erve博士在一次发布会上讲到。“然而,当前的模型并没有包含在铁磁接触中发生的自旋转换。当我们把那些效应也考虑进去的时候,我们就可以真正逼近100%自旋极化的理想状况了。这可以使我们修改并优化当前的设备构造和材料,从而让效应最大化。”

科学 猎奇 娱乐 游戏 汽车 手游 金融 家居

新闻频道
国内国际社会评论文史专题经济新闻图库老照片
军事频道
军事要闻中国军情国际军情军事历史网友原创军事专题军事图库武器装备军事文化
汽车频道
车闻Update漫话车型漫记车映像实拍解析行业动态新车资讯独家评测汽车生活人文之旅
教育频道
留学移民高考中小学拒讲堂师说商道商论
游戏频道
游点意思网络游戏网页游戏单机游戏手机游戏军事游戏游戏产业发号中心游戏美女图说游戏囧游囧事
科技频道
业界互联网行业通信数码手机平板IT硬件相机笔记本家电产品库
旅游频道
X旅行视界目的地 美图发现社区
文化频道
专题非遗沙龙历史艺文博览读书图库书画禅文化
书画频道
资讯收藏展览在线展厅艺术家视觉专题
体育频道
国际足球中国足球NBACBA 综合体育图片汇总专题策划
视频频道
新闻军事中华出品原创娱乐纪录片微电影决胜海陆空
娱乐频道
明星电影电视音乐专题图库论坛
公益频道
老兵出镜老兵动态老兵资料库关爱老兵在行动公益组织公益人物
城市频道
城市聚焦城市设计城市生活城市策划城 市图赏城市加盟城市论坛
社区频道
中华论坛网上谈兵中华拍客社会时政国际风云生活消费休闲旅游美丽女人娱乐八卦经济风云情感世界文学天地
好医生频道
保健养生疾病防治行业资讯名医谈健康 医生专栏食疗跑步
经济频道
国内宏观海外经济产经商贸时尚消费电商眼球儿企业故事专栏评说识局经济