所研究器件的简化示意图，显示了双层石墨烯/CrSBr异质结构中自旋电流的电和热生成。磁性Co电极用于确定双层石墨烯中邻近感生自旋极化的程度，其中CrSBr (MCSB)最外层的磁化允许自旋电子具有更高的电导率(红色箭头)。鸣谢:格罗宁根大学Talieh Ghiasi

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材料制成，这种材料可以长距离传输自旋信息，还可以提供电荷电流的强自旋极化。格罗宁根大学(荷兰)和哥伦比亚大学(美国)的物理学家进行的实验表明，磁性石墨烯可能是这些2D自旋逻辑设备的最终选择，因为它可以有效地将电荷转化为自旋电流，并可以将这种强自旋极化转移到长距离。这一发现将于今天(2021年5月6日)发表在自然纳米技术.

自旋电子器件是当前电子学的有前途的高速和节能的替代品。这些设备利用电子所谓的自旋(向上或向下)的磁矩来传输和存储信息。存储器技术的不断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级长距离上传输自旋信息的原子级薄材料。

石墨烯

十多年来，石墨烯一直是传输自旋信息的最有利的2D材料。然而，石墨烯本身无法产生自旋电流，除非对其性质进行适当的修饰。实现这一点的一种方法是使其充当磁性材料。磁性会有利于一种自旋的通过，从而在自旋向上和自旋向下的电子数量上造成不平衡。在磁性石墨烯中，这将导致高自旋极化电流。

第一作者Talieh Ghiasi(右)和第二作者Alexey Kaverzin在泽尼克先进材料研究所纳米器件物理实验室。学分:格罗宁根大学

这个想法现在已经被格罗宁根大学泽尼克高级材料研究所的Bart van Wees教授领导的纳米器件物理小组的科学家们通过实验证实了。当他们将石墨烯带到2D层状反铁磁体CrSBr附近时，他们可以直接测量磁性石墨烯产生的大自旋极化电流。

自旋逻辑

在传统的基于石墨烯的自旋电子器件中，铁磁(钴)电极用于注入和检测石墨烯中的自旋信号。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，论文的第一作者Talieh Ghiasi解释道。“我们在磁性石墨烯中发现了电导率为14%的异常大的自旋极化，预计它也可以通过横向电场有效调节。”这与石墨烯突出的电荷和自旋传输特性一起允许实现全石墨烯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优势。我们观察到，由于焦耳加热，磁性石墨烯中的温度梯度被转换成自旋电流。吉亚西说:“这是通过自旋相关的塞贝克效应实现的，我们在实验中首次在石墨烯中观察到了这种效应。”。磁性石墨烯自旋电流的高效电和热产生为2D自旋电子学和自旋热离子技术带来了实质性的进展。

石墨烯旗舰

此外，石墨烯中的自旋输运对相邻反铁磁体的最外层的磁行为高度敏感。这意味着这种自旋输运测量能够读出单个原子层的磁化。因此，基于磁性石墨烯的装置不仅解决了用于2D记忆和感觉系统的石墨烯中磁性的最相关的技术方面，而且还提供了对磁性物理学的进一步了解。

这些结果的未来影响将在欧盟石墨烯旗舰项目的背景下进行研究，该项目致力于石墨烯和2D材料的新应用。

参考文献:Talieh S. Ghiasi、Alexey A. Kaverzin、Avalon H. Dismukes、Dennis K. de Wal、Xavier Roy和Bart J. van Wees于2021年5月6日发表的《磁性双层石墨烯产生的电和热自旋电流》。自然纳米技术.
DOI: 10.1038/s41565-021-00887-3

文章来源：https://scitechdaily.com/towards-2d-spin-logic-memory-technology-using-magnetic-graphene/