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江苏体彩网:石墨烯自旋电子学:从科学到技术


江苏体彩网_电子学以电子及其他载流子的操作为基础,除电荷外,电子还有一个叫磁矩的属性。通过磁场和电场控制磁矩,可以产生磁矩极化电流,携带比分离电荷更好的信息。

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磁矩传递电子学或磁矩电子学是欧洲石墨烯旗舰计划研究的主题。磁矩电子学是研究和开发电子自旋、磁矩和电荷的固体部件。有人指出,这一课题非常深奥,挑战了量子物理和化学基础,但人们认为这与当今主流电子学完全相同。现实是,磁矩电子学既是应用科学和工程的成熟期领域,又是具有吸引力的纯科学。

石墨烯晶格电子自旋示意图电子自旋和量子逻辑(Electronspinandquantumlogic)在石墨烯磁矩电子学研究之前已经是数字电子技术的核心领域,即数据存储。磁矩可以看作是围绕磁轴旋转的电子,具有内部角动量,可以从上面或下面两个方向检测磁场。将这种磁倾向与二进制逻辑的流入/门电流状态相结合,可以得到构成量子位(quantumbit、orqubit、或qubit)计算机技术方面的四状态系统。

4状态比两个状态具有更快的数据传输速度,提高处理能力和存储密度,减少存储容量。电子自旋获得信息存储和操作的额外维度。现代磁力硬盘的杆头使用与磁矩相关的老虎磁电阻(GMR)和隧道磁电阻(TMR)效果。GMR装置由两层以上分离的磁铁材料组成。

磁层磁化矢量平行时阻力更低。这种装置叫做磁矩阀。

TMR的情况是,电子运输发生在粒子通过绝缘的分离磁铁层的量子力学隧道中。在这两种情况下,磁场传感器都可以加载硬盘的磁编码数据。磁阻式随机访问存储器(Magnetoresistiverandomaccessmemory)和磁道存储器(racetrackmemory)这两种计算机内存都利用电子自旋。

Spintransportingraphene(Spintransportingraphene)Graphene是石墨的单层原子结构,室温磁矩传递一致性扩散长度达数微米,是磁矩电子学使用的理想材料。石墨烯还具有低电子迁移率、固定式载流子浓度等特性。对石墨烯室温磁矩输运的研究可以追溯到2007年荷兰格罗宁根大学物理学家、欧洲石墨烯旗舰计划科学家BartvanWees带领的团队。

去年在《大自然纳米技术》 (NatureNanotechnology)上正式发表的一篇文章(NatureNanotechnology)说明了关于磁矩运输第一次实际展示的讨论,并对石墨烯磁矩电子学的理论和实践进行了详细的技术概述。雷根斯堡旗舰科学家(Regensburg-Basedflagshipscientist)Jaroslavfabian是该摘要的作者之一。VanWees课题组的实验及后续研究表明,10%左右的相对较低磁矩流动的效率可能是磁铁材料和石墨烯之间的传导不一致或其他相关效果造成的。用氧化镁薄膜作为隧道屏障,可以获得低得多的效率。

也可以用其他方法使用。一种方法是使用针孔交叉半透明连接隔热层来理解磁铁电极和石墨烯层。另一种方法是用于非磁性材料,如铜。

隧道穿透绝缘层时,测量的磁电阻仅次于130ohms(欧姆),适当的磁矩通过60%以上的效率流动。从小尺度的磁矩输送到大面积的石墨烯研究,石墨烯磁矩电子学是应用于集成电路芯片的重要阶段。重点在于漂浮的石墨烯层的磁矩输送和沉积在6字氮化硼(hBN)基板上的石墨烯。随着技术的发展,获得了更长的磁矩长度和寿命,前面的文章将讨论石墨烯-hBN异构方法的例子。

使石墨烯磁化是在强半磁性的石墨烯上创造自我顺序的根本挑战。但是,如果想将石墨烯应用于磁矩电子学领域,引导磁矩是很重要的。

将石墨烯混合或功能化,有望获得固定磁性。这可以通过材料六角晶体结构的缺失或表面的导电原子来构建。

氢化石墨烯是磁性石墨烯的标准,氢原子共轭化学传导在石墨烯上。这导致晶格损失,导致磁矩。另一种是钚原子,它与碳结合,将石墨烯变成宽带缝隙绝缘体。

与氢原子相似,钚原子负轭的化学传导在石墨烯上。。

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