在自旋电子学中，电子的磁矩(自旋)用于传递和操纵信息。超紧凑的 2D 自旋逻辑电路可以由 2D 材料构建，该材料可以长距离传输自旋信息，还可以提供强的充电电流自旋极化。格罗宁根大学(荷兰)和哥伦比亚大学()的物理学家进行的实验表明，磁性石墨烯可以成为这些 2D 自旋逻辑器件的最终选择，因为它可以有效地将电荷转换为自旋电流并可以转移这种强自旋极化远距离。这一发现于 5 月 6 日发表在Nature Nanotechnology 上。

自旋电子器件是当前电子产品的有前途的高速和节能替代品。这些设备使用电子的磁矩，即所谓的自旋(“向上”或“向下”)来传输和存储信息。内存技术的持续缩小需要更小的自旋电子器件，因此它寻求能够主动产生大自旋信号并在微米长距离内传输自旋信息的原子级薄材料。

石墨烯

十多年来，石墨烯一直是最适合传输自旋信息的二维材料。然而，石墨烯本身不能产生自旋电流，除非它的特性被适当地修改。实现这一目标的一种方法是使其充当磁性材料。磁性将有利于一种类型的自旋通过，从而导致自旋向上与自旋向下的电子数量不平衡。在磁性石墨烯中，这将导致高度自旋极化的电流。

这个想法现在已经被教授领导的纳米设备物理小组的科学家们通过实验证实了。格罗宁根大学泽尼克先进材料研究所的 Bart van Wees。当他们将石墨烯靠近二维分层反铁磁体 CrSBr 时，他们可以直接测量由磁性石墨烯产生的大电流自旋极化。

自旋逻辑

在传统的基于石墨烯的自旋电子器件中，铁磁(钴)电极用于将自旋信号注入和检测到石墨烯中。该论文的第一作者 Talieh Ghiasi 解释说，相比之下，在由磁性石墨烯构建的电路中，自旋的注入、传输和检测都可以由石墨烯本身完成。“我们在磁性石墨烯中检测到 14% 的异常大的自旋极化电导率，预计它也可以通过横向电场进行有效调节。” 这一点，再加上石墨烯出色的电荷和自旋传输特性，可以实现全石墨烯 2D 自旋逻辑电路，其中磁性石墨烯可以单独注入、传输和检测自旋信息。

此外，发生在任何电子电路中的不可避免的散热在这些自旋电子器件中变成了一个优势。“我们观察到，由于焦耳加热，磁性石墨烯中的温度梯度转化为自旋电流。这是通过自旋相关的塞贝克效应发生的，在我们的实验中也首次在石墨烯中观察到，”Ghiasi 说。通过磁性石墨烯有效地发电和热产生自旋电流为 2D自旋电子和自旋热电子技术带来了实质性的进步。

此外，石墨烯中的自旋输运对相邻反铁磁体最外层的磁性行为高度敏感。这意味着这种自旋 输运测量能够读出单个原子层的磁化强度。因此，基于磁性石墨烯的器件不仅解决了石墨烯中用于 2D 记忆和感官系统的磁性最技术相关的方面，而且还提供了对磁性物理学的进一步洞察。

这些结果的未来影响将在石墨烯旗舰的背景下进行研究，该旗舰致力于石墨烯和二维材料的新应用。