布景
时下，电子器材根本上都是根据电子的电荷特性。金属导体或许半导体中的电荷定向运动会构成电流，电流可用于传输与处理数据信息。可是，当电流流经导线与半导体时，不可避免地会发出热量，发生能耗。
可是，除了电荷这一特性，电子还有另一种与生俱来的量子物理特性：“自旋”。它能够被理解为一种角动量，要么“向上”，要么“向下”。自旋着的电子可发明出用于搬运或存储信息的磁矩。
（图片来历：Sumio Ishihara）
研讨电子自旋与自旋流等相关常识的学科，被称为“自旋电子学”。它是发明低功耗电子器材的一种颇具吸引力的代替计划。自旋电子器材具有体积小、速度快、功耗小等优势。在后摩尔年代，自旋电子器材有望成为根据电荷与电流的传统半导体器材的代替品。
根据磁振子的自旋晶体管（图片来历：L. Cornelissen）
立异
近来，荷兰格罗宁根大学的物理学家们结构出一款二维自旋晶体管。在该晶体管中，经过石墨烯的电流发生出自旋流。过渡金属硫族化合物（TMD）单层被放置在石墨烯上方，引起石墨烯中的电荷-自旋转化。在2019年9月11日出书的《纳米快报（Nano Letters）》期刊上，科学家们描绘了这个实验性的研讨。
Talieh Ghiasi 与 Bart van Wees 在净室中。（图片来历：格罗宁根大学）
技能
石墨烯，碳的二维方式，是一种杰出的自旋运送机器。
（图片来历：Tatiana Shepeleva/Shutterstock）
可是，为了发明或许控制自旋，电子与原子核之间的相互作用（自旋轨道耦合）是必需的。这种相互作用在碳中十分弱小，难以在石墨烯中生成和控制自旋流。可是，事实证明，当一种具有重原子（例如TMD）的单层资料放置在石墨烯上方，发明出范德瓦尔斯异质结时，石墨烯中的自旋轨道耦合将会得到改进。
在格罗宁根大学教授 Bart van Wees 领导的纳米器材物理学研讨小组中，博士生 Talieh Ghiasi 和博士后研讨员 Alexey Kaverzin 发明出一种异质结。他们选用金电极，可经过石墨烯发送纯电流，并发明出自旋流，这也被称为“Rashba-Edelstein效应”。这一效应的发生，是由于重原子的TMD单层（这个事例中是二硫化钨）相互作用。这个闻名的效应，初次在石墨烯（与其他二维资料类似）中观测到。
下图为该纳米器材的示意图，用于在石墨烯与WS2组成的范德瓦尔斯异质结中调查电荷-自旋转化。紫色与赤色的箭头别离标明电流和生成的自旋堆积。
（图片来历：Ghiasi et al）
Ghiasi 标明：“咱们能够用自旋选择性的铁磁性钴电极，来丈量电流在石墨烯中引起的自旋流。”这种电荷-自旋转化，让用石墨烯结构全电气的自旋电路成为可能。曾经，自旋有必要经过铁磁体注入。Ghiasi 弥补道：“咱们也展现了，自旋堆积的生成功率可经过施加电场来调整。”这意味着，他们构建出一种晶体管，其间的自旋流能够被翻开和封闭。
价值
Rashba-Edelstein 效应并不是发生自旋流的仅有效应。研讨标明，自旋霍尔效应也相同能够，可是这些自旋的朝向不同。Ghiasi 解释道：“当咱们施加一个磁场，咱们使自旋在磁场中旋转。这两种效应与磁场的相互作用发生的自旋信号具有不同对称性，这协助咱们在一个体系中区别每种效应作出的奉献。”这也是初次在同一个体系中调查到两种电荷-自旋转化机制。“这将协助咱们获取更多关于这些异质结中的自旋轨道耦合的根本认知。”
除了这项研讨能够供给的根本认知，结构出一种全电气的二维自旋晶体管（没有铁磁体）关于自旋电子学使用来说也具有重要意义，这也是欧盟石墨烯旗舰项目的方针之一。“这一点十分正确，由于咱们能够调查到室温下的这一效应。跟着温度升高，自旋信号削弱，可是在环境条件下依然明显存在。”
关键字
自旋、二维资料、晶体管
参考资料
【1】Talieh S. Ghiasi, Alexey A. Kaverzin, Patrick J. Blah, Bart J. van Wees.Charge-to-Spin Conversion by the Rashba–Edelstein Effect in Two-Dimensional van der Waals Heterostructures up to Room Temperature. Nano Letters, 2019; 19 (9): 5959 DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01611
【2】https://www.rug.nl/sciencelinx/nieuws/2019/09/20190912_spintransistor
