石墨烯材料中的赝自旋弛豫机制
日前,由Stephan Roche教授领导的ICN2的研发人员解开石墨烯所特有的非磁性样品的自旋弛豫机制。Stephan Roche教授同时也是ICN2理论和纳米计算科学小组的组长。相关研究成果已发表在自然物理(Nature Physics)上,博士论文的作者是Dinh Van Tuan,也是在Roche领导的小组里工作。

ICN2理论和纳米计算科学组织的成员揭示了石墨烯材料独有的自旋弛豫机制。物理学告诉我们,电子可以根据旋转方向进行分类,称之为“自旋”(spin),包括上旋(spin up)、下旋(spin down)两种状态,正好对应数字存储中的0、1。自旋计算机就是基于电子自旋原理,利用电子自旋状态存储和处理海量数据,相比于现在使用的传统电子计算机不仅数据量更大,而且能源消耗和发热量更低,速度也要快得多。这一现象虽然多年来一直备受争议,但通过操作旋转自由度可以打开未来的信息处理技术新窗口。
因为石墨烯内在存在旋轨道耦合,使自旋信息可以在石墨烯中完成长距离的传输,激发了科学家们对自旋电子学应用的强烈探索。 然而,实际所测得自旋弛豫时间的数量级小于初预测,而自旋移相的主要物理过程和它的密度及无序性用传统的机制来解释让人难以信服。
据了解,石墨烯由单层碳原子的二维六角格子构成,其低能能带呈现出无质量手征的Dirac电子特征,其布里渊区包含K和K’两个不等价的能谷。石墨烯中的这两个谷由时间反演对称性相联系,这与电子自旋十分类似。所以石墨烯的谷自由度可视为赝自旋,并可利用来实现相关谷电子功能器件。为了实现谷电子学器件,一个要的目标是发现一种能够高效产生谷极化电流的方案。无论从理论还是实验上,这个目标都是具有挑战性的课题。
这种可能性可能会改变信息处理和计算的模式,导致新一代的(CMOS兼容)自旋电子元件和非易失性低能MRAM存储芯片的诞生。 这一现象虽然多年来一直备受争议,但通过操作旋转自由度可以打开未来的信息处理技术新窗口。
也许有一天,你会在电视上看到这样的广告。“××电脑采用1.5T石墨烯处理器……”装备有这种CPU的电脑秒杀现在的各种PC:石墨烯可用以生产频率更高、发热量更小、信息量更大的计算机芯片——据估计,届时芯片处理器的频率有望达到1THz以上(现在商用CPU好的为GHz量级,1THz = 1000GHz)。石墨烯正一步一步的完善自己完美材料的美誉。
更多信息请关注复合材料信息网http://cnfrp.net

ICN2理论和纳米计算科学组织的成员揭示了石墨烯材料独有的自旋弛豫机制。物理学告诉我们,电子可以根据旋转方向进行分类,称之为“自旋”(spin),包括上旋(spin up)、下旋(spin down)两种状态,正好对应数字存储中的0、1。自旋计算机就是基于电子自旋原理,利用电子自旋状态存储和处理海量数据,相比于现在使用的传统电子计算机不仅数据量更大,而且能源消耗和发热量更低,速度也要快得多。这一现象虽然多年来一直备受争议,但通过操作旋转自由度可以打开未来的信息处理技术新窗口。
因为石墨烯内在存在旋轨道耦合,使自旋信息可以在石墨烯中完成长距离的传输,激发了科学家们对自旋电子学应用的强烈探索。 然而,实际所测得自旋弛豫时间的数量级小于初预测,而自旋移相的主要物理过程和它的密度及无序性用传统的机制来解释让人难以信服。
据了解,石墨烯由单层碳原子的二维六角格子构成,其低能能带呈现出无质量手征的Dirac电子特征,其布里渊区包含K和K’两个不等价的能谷。石墨烯中的这两个谷由时间反演对称性相联系,这与电子自旋十分类似。所以石墨烯的谷自由度可视为赝自旋,并可利用来实现相关谷电子功能器件。为了实现谷电子学器件,一个要的目标是发现一种能够高效产生谷极化电流的方案。无论从理论还是实验上,这个目标都是具有挑战性的课题。
这种可能性可能会改变信息处理和计算的模式,导致新一代的(CMOS兼容)自旋电子元件和非易失性低能MRAM存储芯片的诞生。 这一现象虽然多年来一直备受争议,但通过操作旋转自由度可以打开未来的信息处理技术新窗口。
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