石墨烯自旋電子器件或將為摩爾定律續(xù)命

　　石墨烯作為一種潛在的硅替代材料一直備受矚目。石墨烯擁有極高的電子遷移率，也擁有優(yōu)于金屬的均勻性，所以在作為納米尺度的自旋電子器件的候選材料上，簡直堪稱完美。自旋電子器件通過單個電子的自旋狀態(tài)編碼信息，這和傳統(tǒng)的上千個電荷的編碼存在很大的差別，至少所使用的電子數大大減少；與此同時，自然也大大減小了器件的尺寸和功耗。

　　現在事實上已經有一些器件在使用自旋編碼了，其中包括一些先進的硬盤驅動器和磁性隨機存取存儲器（MRAM），但這些器件只能移動自旋編碼的電子幾個納米。不幸的是，銅和鋁的均勻性并不好，不能長時間運行自旋編碼，從而限制了自旋電子的性能。查爾姆斯理工大學（英國分校）納米加工實驗室的目標是將自旋電子移動的距離擴展至毫米級，從而使得所有的數字電路都可以使用自旋電子編碼。

　　據報道，Saroj Dash教授和他的團隊最近在有線長程自旋電子通信上取得了成功，他們在室溫下將通過化學氣象沉積沉積在銅上的石墨烯中的自旋電子傳輸到絕緣硅（SOI）晶片上。表征表明自旋電子的傳輸距離達到了16毫米，電子壽命為1.2納秒，另外還有6毫米的自旋擴散長度（在該尺度內，自旋子之間的磁化可以同時自發(fā)交換）；16毫米！達到了其它報道了的基于石墨烯的自旋電子的最遠傳輸距離的6倍。

　　石墨烯自旋電子變換器改變單個電子的自旋方向。

　　石墨烯可以通過三種方式來獲得：從石墨塊狀晶體上剝離（這種方法使用最廣泛），外延法制備石墨烯（這種方法是通過在SiC晶圓表面移除硅原子來制成的，這種方法有大規(guī)模應用的潛力）和化學氣相沉積（這種方法可以在任何表面制備石墨烯）。該團隊中的在讀博士生Venkata Kamalakar Mutta說：“在這些不同的方法中，化學氣相沉積是最可行的一種，我們可以使用該方法輕松地在任何表面制備石墨烯。剝離法制備的石墨烯只限于制備小薄片型的石墨烯，而外延生長只有在較大的SiC基板上才好用，而且還不適合在不同板材之間進行轉移。”

　　封裝好的自旋電子器件，使用自旋電子而不是電荷來存儲信息。

　　其它的類似研究團隊也在使用化學氣相沉積，其中包括德州儀器，但幾乎還沒有團隊能取得查爾姆斯理工大學這個團隊這樣的成功。到目前為止，Dash的團隊還只是對他們的石墨烯的性能表現進行了一些表征，并且還制造了一些小器件來證明這一概念。

　　Mutta說：“我的實驗裝置由兩個放置在石墨烯上面的鐵磁電極構成，其中一個是噴射器，另一個是檢測器。其它用于完成電路的電極則作為參考電極，而參考電極則可能不是鐵磁性的。其中包含兩個電路，即電流電路和電壓電路。這兩個電路之間是彼此隔離的，以取得忠實可信的自旋信號?！?/p>

　　Saroj Dash教授

　　到目前為止，該研究團隊已經試制出了幾個簡單的電路，但他們的下一步是要制造存儲器、處理器和其它更為復雜的電路，并且還有完善化學氣相沉積的方法，以得到完美的單晶石墨烯晶圓。

　　“下一步，我未來的目標是使用現有的化學氣相沉積石墨烯來得到自旋邏輯和存儲電路?！盡utta說，“我們要面臨的另一個挑戰(zhàn)是使用單晶化學氣相沉積石墨烯來進一步完善它，因為單晶的自旋散射更少，而且沒有晶界。”

　　如果該團隊最終如愿以償地取得了成功，他們的成果將可能賦予搖搖欲墜的摩爾定律新的生機，據國際半導體技術藍圖（ITRS）稱，摩爾定律將在2018年左右達到終點。