石墨烯自旋電子器件的研究

《石墨烯自旋電子器件的研究》是依託香港城市大學深圳研究院，由陳國森擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯自旋電子器件的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳國森
• 依託單位：香港城市大學深圳研究院

項目摘要

石墨烯的特殊電子特性，吸引很多研究工作者的興趣。因它有很長的自旋弛豫時間，故此也被視為製造自旋電子器件的重要材料。最近人們亦開展了用石墨烯納米結構製造量子位元的研究，以及亦對由缺陷、摻雜和邊緣態所產生自發磁化展開詳細基本及套用研究。最近，在金屬基板上生長的石墨烯中，發現頗大的自旋軌道相互作用。這是一個重要發現，因為這可用作自旋轉控制的一種手段。另一方面，人們也對如何在石墨烯中利用鐵磁鄰近效應控制自旋作出研究。儘管有這么多研究工作，我們對如何能在石墨烯納米結構有效的檢測、生成和操縱電子自旋的理解仍處於起步階段。這方面的知識和進展對石墨烯量子計算機的發展，以及其他自旋電子學的套用是非常重要的。本項目的目標是研究如何利用各種自旋作用，如自旋-軌道相互作用和鐵磁交換作用，在石墨烯納米結構中實現這些自旋電子功能。在這個項目中所取得的成果，可以對石墨烯中的量子調控和自旋電子器件的設計和製造起

結題摘要

由於石墨烯的特殊電子傳輸和電子自旋的特性，很多研究工作者都對石墨烯的研究產生濃厚的興趣，希望能夠利用石墨烯來製造出更快，更節能的器件。特別是自旋器件，我們相信利用電子自旋能做出比電子器件更優勝的器件。固此我們這研究項目的目的是要研究在石墨烯內的電子自旋物理從而利用成果來發展自旋器件。我們的研究內容分三個部分：（1）自旋流的檢測；（2）自旋流的產生和控制；（3）自旋的控制。對自旋的檢測我們研究了古斯漢欣的方法和電子光學方法來把不同的自旋流分開。古斯漢欣的方法是利用位置移動來把電流分開。而電子光學方法是把某一種自旋的電子聚焦。這兩種方法都可以把不同的自旋流分開，從而檢測自旋流。在自旋流的產生和控制方面，我們研究了利用納米結構，量子泵浦現象和自旋軌道耦合作用來實現我們的目標。利用兩個振盪的電壓可以透過泵浦現象產生直流電。只要能令自旋分裂，就可以產生自旋流。利用自旋和電子運動的相互作用可以利用納米結構來過濾及產生自旋流。這樣產生出來的自旋流是可用費米能來調控。在自旋軌道耦合結構可以用很少的費米能変化來調控。在自旋控制方面，我們研究了如何用磁場把電子控制在一個小的範圍，從而調控自旋。另外我們也在一些和石墨烯自旋有關的題目，如石墨烯谷電子學，二維材料特性，量子傳輸作了研究，得到很多有用的成果。