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在石墨烯和相關(guān)的二維（2D）材料中電子自旋輸運的研究中，最近的理論和實驗進展以及現(xiàn)象已經(jīng)成為研究和開發(fā)的一個引人入勝的領(lǐng)域。

自旋電子學(xué)是納米級的電子學(xué)和磁性學(xué)的結(jié)合，并可能導(dǎo)致下一代高速電子學(xué)。自旋電子器件是超越摩爾定律的納米電子技術(shù)的可行替代方案，與傳統(tǒng)電子器件相比，自旋電子器件具有更高的能效和更低的耗散，傳統(tǒng)電子器件依賴于充電電流。原則上，我們可以讓手機和平板電腦使用基于自旋的晶體管和存儲器。

正如發(fā)表在《 APS 現(xiàn)代物理學(xué)期刊評論》上的，該評論著重于異質(zhì)結(jié)構(gòu)及其出現(xiàn)的現(xiàn)象所提供的新觀點，包括接近使能的自旋軌道效應(yīng)，自旋與光的耦合，電可調(diào)性和2D磁性。

普通人已經(jīng)在筆記本電腦和PC中遇到了自旋電子器件，它們已經(jīng)在硬盤驅(qū)動器的讀取頭中以磁傳感器的形式使用了自旋電子器件。這些傳感器也用于汽車工業(yè)。

自旋電子學(xué)是開發(fā)電子產(chǎn)品的一種新方法，其中存儲設(shè)備（RAM）和邏輯設(shè)備（晶體管）均通過“自旋”實現(xiàn)，電子是電子的基本特性，它使電子像微型磁鐵一樣工作。電子費用。

曼徹斯特大學(xué)凝聚態(tài)物理講師Ivan Vera Marun博士說：“石墨烯自旋電子學(xué)的不斷進步，以及二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，已經(jīng)導(dǎo)致使用以前無法獲得的效應(yīng)有效地創(chuàng)建，傳輸和檢測自旋信息單獨使用石墨烯。

“隨著在基礎(chǔ)和技術(shù)方面的不斷努力，我們相信，即使在室溫下，彈道自旋輸運也將在2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)。這種輸運將使電子波函數(shù)的量子力學(xué)性質(zhì)得以實際使用，從而使2D產(chǎn)生自旋為將來的量子計算方法服務(wù)的材料。”

石墨烯和其他二維材料中可控的自旋傳輸對于在設(shè)備中的應(yīng)用越來越有希望。特別受關(guān)注的是量身定制的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，稱為van der Waals異質(zhì)結(jié)構(gòu)，它由精確控制順序的二維材料堆棧組成。這篇綜述概述了石墨烯自旋電子學(xué)的這一發(fā)展領(lǐng)域，并概述了現(xiàn)有的實驗和理論狀態(tài)。

數(shù)十億個旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備，例如傳感器和存儲器，已經(jīng)被生產(chǎn)出來。每個硬盤驅(qū)動器都有一個使用自旋流的磁性傳感器，磁性隨機存取存儲器（MRAM）芯片正變得越來越流行。

在過去的十年中，在石墨烯自旋電子學(xué)領(lǐng)域取得了令人興奮的結(jié)果，發(fā)展到了下一代研究，擴展到了新的二維（2D）化合物。

自2004年被隔離以來，石墨烯為其他2D材料打開了大門。然后，研究人員可以使用這些材料創(chuàng)建稱為異質(zhì)結(jié)構(gòu)的2D材料堆棧。可以將它們與石墨烯結(jié)合使用，以創(chuàng)建新的“設(shè)計材料”，以產(chǎn)生最初僅限于科幻小說的應(yīng)用。

該論文的共同作者弗朗西斯科·幾內(nèi)亞教授說：“自旋電子學(xué)領(lǐng)域，材料中自旋的性質(zhì)和操縱揭示了固體行為的許多新穎方面。自旋運動基本方面的研究攜帶電子是凝聚態(tài)物理學(xué)中最活躍的領(lǐng)域之一。”

在2004年提出了拓撲絕緣子的概念后，全世界都在深入研究具有非平凡的拓撲電子和磁性特性的新量子材料的鑒定和表征。Spintronics是此搜索的核心。由于其純度，強度和簡單性，二維材料是找到與量子物理學(xué)，電子學(xué)和磁性有關(guān)的這些獨特拓撲特征的最佳平臺。”

總體而言，石墨烯和相關(guān)2D材料中的自旋電子學(xué)領(lǐng)域目前正朝著實用石墨烯自旋電子器件的演示方向發(fā)展，例如用于空間通信，高速無線電鏈路，車輛雷達和芯片間通信應(yīng)用領(lǐng)域的耦合納米振蕩器。

先進的材料是曼徹斯特大學(xué)的研究信標(biāo)之一-開拓性發(fā)現(xiàn)，跨學(xué)科合作和跨行業(yè)合作伙伴關(guān)系的例子，正在解決地球面臨的一些最大問題。