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2019-08-07 14:14:31

改进的器件制造工艺实现了石墨烯中增强的自旋输运

来自纳米设计组ICN2物理和工程的研究人员提出了一种改进的基于石墨烯的纳米器件制造技术,与先前的同类工作相比,该技术的自旋寿命和弛豫长度增加了三倍。这项工作是与Imec和KU Leuven(比利时)合作的成果。该结果已发表在二维材料中,预计将有助于大规模自旋电子应用的研究。

除了通常的充电状态之外,自旋电子学通过利用电子的自由旋转自由度来放大传统电子学的潜力。最终,目标是获得存储,处理和读取信息的设备,但具有增强的特性,例如更低的功耗,更少的散热,更高的速度等。虽然自旋电子学尚未普及,但是一些当前的设备基于这种新方法,如磁性硬盘,磁性随机存取存储器和磁性传感器,在工业环境,机器人和汽车工业中具有不同的应用。

石墨烯是该领域的一种有前途的材料。旋转可以长距离地在其中流动,这意味着它们在相对长的时间内不会改变它们的状态。由于其大规模生产,CVD石墨烯在自旋电子器件中变得流行。然而,由石墨烯生长和器件制造工艺产生的杂质限制了其性能。

ICREA教授Sergio O. Valenzuela领导的纳米设计组ICN2 物理与工程科学家团队提出了一种高产量的CVD石墨烯器件制造工艺,该工艺大大改善了其自旋参数。这部作品的第一作者是Zewdu M. Gebeyehu,是与Imec和KU Leuven(比利时)合作的成果。结果发表在二维材料中。

他们展示了在30μm长通道上测量的自旋信号,室温旋转寿命高达3纳秒,SiO 2 / Si衬底上单层石墨烯的自旋弛豫长度高达9μm 。这些自旋参数是标准SiO 2 / Si衬底上任何形式的石墨烯(剥离和CVD石墨烯)的最高值。

为了实现这种增强的自旋性能,研究人员使用在铂箔上生长的CVD石墨烯,并修改了器件制造技术,以降低与石墨烯生长和制造步骤相关的杂质水平。后者需要优化几种标准工艺,包括预选具有低杂质水平的高质量均匀石墨烯,结合电子束光刻和氧等离子体的蚀刻步骤以及在高真空中的合适的后退火。该方法可以缩放并允许高度可再现的器件制造,这是潜在工业化的主要要求。

自旋参数的改进以及器件制造工艺的可再现性使我们更接近于自旋电子器件的复杂电路架构的实现,例如自旋逻辑和用于超越CMOS计算的存储器逻辑。

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