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石墨烯未来:材料之王谱写电子强国梦

导读: 尽管石墨烯早在早在十多年前就被发现,然而真正开始从事到研究当中还是从近些年开始的。有媒体指出,石墨烯是一种神奇的材料,它具备颠覆当前所有电子设备的潜质,是“材料的未来和电子行业的救命稻草”。石墨烯是目前已知的硬度最高、最薄的材料,被称为“奇迹材料”。

  OFweek电源网:电阻率超低、电子迁移速度极快——可以有效传导电子自旋的石墨烯,令科学界普遍期待:新一轮电子元器件革命,就要到来。

  1980年,科学家在固态器件中发现了与电子自旋有关的电子输运现象,从而出现了自旋电子学这门新兴技术。

  随着“通过电子的自转来降低芯片能耗”这一猜想被科学实验证明,科学家的研究又走向了下一步,即选择什么样的材料来传导电子自旋,从而更自如地控制电子旋转方向。这对于更高性能的电子元器件、存储和处理更多海量数据的自旋计算机发展至关重要。

  到了2004年,英国曼彻斯特大学的两位教授安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫找到一种简单的方法,能令石墨薄片越来越薄。最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是如今广为人知的石墨烯。

  石墨烯电阻率极低,电子迁移的速度极快。如此卓越的性能令科学界普遍期待它能引领新一轮的电子元器件革命。

  荣获2010年诺贝尔物理学奖后,安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫并未放缓对这种神奇材料的钻研。1年之后,两人再度在新一期美国《科学》杂志上报告说,他们发现石墨烯能有效传导电子自旋,有望成为下一代基于电子自旋的电子元件材料。

  “如果给石墨烯施加一个特殊磁场,就可以在其中实现电子自旋的传导,而这种”自旋流“具有成为下一代电子元件工作基础的潜力。”

  安德烈·海姆的研究还显示,在石墨烯中产生的“自旋流”比在其他一些材料中更强烈并且更易控制。

  都柏林三一学院助理教授Mauro Ferreira认为,石墨烯之所以成为电子自旋学领域内最充满希望的材料的原因是:相比较其他材料,它的自旋轨道相互作用极其小。这意味着其自旋很少与轨道移动产生相互作用。

  也就是说,石墨自旋所储藏的信息就能够比其他材料持续更长久。

  值得一提的是,在最新的研究中,科学家还从理论上展示了通过折叠2D石墨烯片打开带隙并使其接受磁场。这种方法也在石墨烯片上产生了自旋电流,使其成为电子自旋学领域的宠儿。

  石墨烯非比寻常的导电性能被大规模应用或许还需要一段时间。但对于石墨烯薄膜的透光性和柔韧性的应用,目前已走向产业化。美国、英国、日本、韩国和中国都在研究如何令石墨烯大范围应用于包括触摸屏、显示屏在内的光电领域。

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