石墨烯诱导的人工“磁性纹理” –可能导致功能强大的量子计算机

该图显示了一个20纳米厚的磁体（白色矩形）周围的八个电极。石墨烯（未显示）的厚度小于1纳米，紧靠磁体。

量子科学的进步可以帮助产生强大的自旋电子设备，例如半导体和量子计算机。

石墨烯具有极强的强度，重量轻…，导电性，这是其最高级特性的不胜枚举。

但是，它不是磁性的，这一缺点已使它在自旋电子学中的应用受到阻碍，自旋电子学是一个新兴领域，科学家说，该领域最终可能会重写电子学的规则，从而导致功能更强大的半导体，计算机和其他设备。

现在，由布法罗大学领导的国际研究小组正在报告一项可以帮助克服这一障碍的进步。

在今天发表在《物理评论快报》上的一项研究中，研究人员描述了他们如何将磁铁与石墨烯配对，以及如何在非磁性奇观材料中诱导出所谓的“人工磁织构”。

石墨烯和自旋电子学彼此独立，具有从根本上改变商业和社会许多方面的巨大潜力。但是，如果可以将两者融合在一起，那么协同效应可能是这个世界尚未见到的。主要作者纳格斯·阿拉奇加夫卡尼（Nargess Arabchigavkani）说，他曾在UB担任博士候选人，现在是该大学的博士后研究助理。纽约州立大学理工学院。

其他作者包括UB，Mongkut国王理工学院在泰国的Ladkrabang，日本千叶大学，中国科学技术大学，内布拉斯加州奥马哈大学，内布拉斯加州林肯大学和瑞典的乌普萨拉大学。

对于他们的实验，研究人员将厚度为20纳米的磁体与石墨烯片直接接触，石墨烯是单层碳原子，排列在厚度小于1纳米的二维蜂窝状晶格中。

这项研究的资深作者乔纳森·伯德（Jonathan Bird）博士，UB工程与应用科学学院电气工程学教授兼教授说：“为了让您感觉到尺寸差异，这有点像在纸上铺上一块砖。” 。

然后，研究人员在石墨烯和磁体周围的不同位置放置了八个电极，以测量其电导率。

电极显示出令人惊讶的地方-磁铁在石墨烯中诱导出人造磁织构，甚至在远离磁铁的石墨烯区域中仍然存在。简而言之，两个物体之间的紧密接触导致正常的非磁性碳表现出不同的行为，表现出类似于铁或钴等常见磁性材料的磁性。

此外，发现即使从石墨烯和磁体的接触点看几微米，这些性质也可能完全淹没石墨烯的自然性质。这个距离（一微米是一米的百万分之一）虽然很小，但从微观上来说却相对较大。

这些发现提出了与石墨烯中磁性织构的微观起源有关的重要问题。

伯德说，最重要的是，感应磁行为在多大程度上受自旋极化和/或自旋-轨道耦合的影响而产生，这是众所周知的现象，与材料的磁性能和新兴的磁化技术密切相关。自旋电子学。

自旋电子学装置不是利用电子携带的电荷（如传统电子学中那样），而是寻求利用称为自旋的电子的独特量子性质（类似于自旋轴的地球旋转）。Spin提供了将更多数据打包到更小的设备中的潜力，从而提高了半导体，量子计算机，大容量存储设备和其他数字电子设备的功能。

参考：N. Arabchigavkani，R。Somphonsane，H。Ramamoorthy，G。He，J。Nathawat，S。Yin，B。Barut，K。He，MD Randle，R。Dixit撰写的“石墨烯中感应磁织构的远程介观特征” ，K。Sakanashi，N。Aoki，K。Zhang，L。Wang，W.-N。梅，P.A. Dowben，J.Fransson和J.P. Bird，2021年2月25日，《物理评论快报》。
10.1103 / PhysRevLett.126.086802

这项工作得到了美国能源部的资助。美国国家科学基金会也提供了其他支持； nCORE，半导体研究公司的全资子公司；瑞典研究理事会；和日本科学促进会。