電子自旋革命 石墨烯成真正的“材料之王”

　　電阻率超低、電子遷移速度極快——可以有效傳導電子自旋的石墨烯，令科學界普遍期待：新一輪電子元器件革命，就要到來。

　　1980年，科學家在固態(tài)器件中發(fā)現(xiàn)了與電子自旋有關的電子輸運現(xiàn)象，從而出現(xiàn)了自旋電子學這門新興技術。

　　隨著“通過電子的自轉來降低芯片能耗”這一猜想被科學實驗證明，科學家的研究又走向了下一步，即選擇什么樣的材料來傳導電子自旋，從而更自如地控制電子旋轉方向。這對于更高性能的電子元器件、存儲和處理更多海量數(shù)據(jù)的自旋計算機發(fā)展至關重要。

　　到了2004年，英國曼徹斯特大學的兩位教授安德烈·杰姆和克斯特亞·諾沃消洛夫找到一種簡單的方法，能令石墨薄片越來越薄。最后，他們得到了僅由一層碳原子構成的薄片，這就是如今廣為人知的石墨烯。

　　石墨烯電阻率極低，電子遷移的速度極快。如此卓越的性能令科學界普遍期待它能引領新一輪的電子元器件革命。

　　榮獲2010年諾貝爾物理學獎后，安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫并未放緩對這種神奇材料的鉆研。1年之后，兩人再度在新一期美國《科學》雜志上報告說，他們發(fā)現(xiàn)石墨烯能有效傳導電子自旋，有望成為下一代基于電子自旋的電子元件材料。

　　“如果給石墨烯施加一個特殊磁場，就可以在其中實現(xiàn)電子自旋的傳導，而這種”自旋流“具有成為下一代電子元件工作基礎的潛力。”

　　安德烈·海姆的研究還顯示，在石墨烯中產生的“自旋流”比在其他一些材料中更強烈并且更易控制。

　　都柏林三一學院助理教授MauroFerreira認為，石墨烯之所以成為電子自旋學領域內最充滿希望的材料的原因是：相比較其他材料，它的自旋軌道相互作用極其小。這意味著其自旋很少與軌道移動產生相互作用。

　　也就是說，石墨自旋所儲藏的信息就能夠比其他材料持續(xù)更長久。

　　值得一提的是，在最新的研究中，科學家還從理論上展示了通過折疊2D石墨烯片打開帶隙并使其接受磁場。這種方法也在石墨烯片上產生了自旋電流，使其成為電子自旋學領域的寵兒。

　　石墨烯非比尋常的導電性能被大規(guī)模應用或許還需要一段時間。但對于石墨烯薄膜的透光性和柔韌性的應用，目前已走向產業(yè)化。美國、英國、日本、韓國和中國都在研究如何令石墨烯大范圍應用于包括觸摸屏、顯示屏在內的光電領域。

　　劍橋IP數(shù)據(jù)顯示，截至目前記錄在案的11372項與石墨烯相關專利中，有7924項是制造技術相關的專利。其中亞洲有3060項專利。

　　中韓兩國為石墨烯專利主力軍。浙江大學、清華大學和交通大學是國內擁有石墨烯專利最多的單位，其中，浙大大學擁有的專利數(shù)量位列全球第三。另外，國內的上市公司中也有數(shù)家涉及石墨烯業(yè)務，包括金路集團、中國寶安及烯碳新材等

　　近日有消息傳出，宇順電子在摻錫氧化銦替代材料--石墨烯材料應用方面已經開發(fā)出產品，并開始向客戶端進行推廣。

　　在不遠的將來，石墨烯的應用范圍還將有望從電子領域進一步擴大至生物航天、光學、儲能、生物醫(yī)藥、日常生活等大量領域。從取代硅成為真正的“材料之王”。