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2019-08-07 14:14:31

改進的器件制造工藝實現了石墨烯中增強的自旋輸運

來自納米設計組ICN2物理和工程的研究人員提出了一種改進的基于石墨烯的納米器件制造技術,與先前的同類工作相比,該技術的自旋壽命和弛豫長度增加了三倍。這項工作是與Imec和KU Leuven(比利時)合作的成果。該結果已發表在二維材料中,預計將有助于大規模自旋電子應用的研究。

除了通常的充電狀態之外,自旋電子學通過利用電子的自由旋轉自由度來放大傳統電子學的潛力。最終,目標是獲得存儲,處理和讀取信息的設備,但具有增強的特性,例如更低的功耗,更少的散熱,更高的速度等。雖然自旋電子學尚未普及,但是一些當前的設備基于這種新方法,如磁性硬盤,磁性隨機存取存儲器和磁性傳感器,在工業環境,機器人和汽車工業中具有不同的應用。

石墨烯是該領域的一種有前途的材料。旋轉可以長距離地在其中流動,這意味著它們在相對長的時間內不會改變它們的狀態。由于其大規模生產,CVD石墨烯在自旋電子器件中變得流行。然而,由石墨烯生長和器件制造工藝產生的雜質限制了其性能。

ICREA教授Sergio O. Valenzuela領導的納米設計組ICN2 物理與工程科學家團隊提出了一種高產量的CVD石墨烯器件制造工藝,該工藝大大改善了其自旋參數。這部作品的第一作者是Zewdu M. Gebeyehu,是與Imec和KU Leuven(比利時)合作的成果。結果發表在二維材料中。

他們展示了在30μm長通道上測量的自旋信號,室溫旋轉壽命高達3納秒,SiO 2 / Si襯底上單層石墨烯的自旋弛豫長度高達9μm 。這些自旋參數是標準SiO 2 / Si襯底上任何形式的石墨烯(剝離和CVD石墨烯)的最高值。

為了實現這種增強的自旋性能,研究人員使用在鉑箔上生長的CVD石墨烯,并修改了器件制造技術,以降低與石墨烯生長和制造步驟相關的雜質水平。后者需要優化幾種標準工藝,包括預選具有低雜質水平的高質量均勻石墨烯,結合電子束光刻和氧等離子體的蝕刻步驟以及在高真空中的合適的后退火。該方法可以縮放并允許高度可再現的器件制造,這是潛在工業化的主要要求。

自旋參數的改進以及器件制造工藝的可再現性使我們更接近于自旋電子器件的復雜電路架構的實現,例如自旋邏輯和用于超越CMOS計算的存儲器邏輯。

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