具備高電子遷移率的石墨烯(graphene)一直被視為延長摩爾定律(Moore's Law)的關(guān)鍵，而因?yàn)槭┑木鶆蛐?uniformity)優(yōu)于金屬，也使其成為納米自旋電子組件(spintronic device)的最佳候選材料。英國查爾摩斯理工大學(xué)(Chalmers University of Technology)的納米制造實(shí)驗(yàn)室(Nanofabrication Laboratory)表示，自旋電子組件能以個(gè)別電子自旋來編碼信息，而不是透過成千上萬的電荷，因此組件的尺寸可望進(jìn)一步微縮、功耗也能比硅芯片來得更低。

 

目前市面有少數(shù)組件是采用自旋編碼(spin encoding)，包括一些先進(jìn)的硬盤機(jī)以及磁阻式隨機(jī)存取內(nèi)存(MRAM)；但這些組件僅能將自旋編碼后的電子移動(dòng)數(shù)納米，所采用的銅與鋁等金屬的均勻度不足，無法讓電子移動(dòng)更長的距離，限制了自旋電子組件的性能。為此查爾摩斯理工大學(xué)的目標(biāo)是讓自旋編碼后的電子移動(dòng)距離拉長到微米(micrometer)等級，好讓各種數(shù)字電路都能利用自旋電子。

 

查爾摩斯理工大學(xué)教授Saroj Dash的團(tuán)隊(duì)最近利用化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)，將石墨烯沉積到銅基板上，再于室溫下轉(zhuǎn)移至絕緣上覆硅(SoI)晶圓片，成功實(shí)現(xiàn)了長距離的自旋電子通訊；結(jié)果顯示自旋電子傳輸距離可擴(kuò)展至16微米。

 

 

石墨烯自旋電子逆變器(inverter)改變了單一電子的自旋方向（來源：Chalmers University of Technology）
 

 

Dash的團(tuán)隊(duì)成員、博士候選人Venkata Kamalakar Mutta表示："石墨烯能以三種方式取得：一是從石墨塊狀晶體以機(jī)械剝離，這也是最被廣泛使用的方式；二是磊晶方式，透過移除表層的硅原子，在碳化硅(SiC)晶圓片上長出石墨烯，是大面積應(yīng)用的適合方案；此外則是在銅箔上以化學(xué)氣相沉積石墨烯，再利用化學(xué)溶解銅，將之轉(zhuǎn)移至任何一種基板上。"他指出，在這些方法中，化學(xué)氣相沉積法是最可行的。

 

石墨烯自旋電子組件可能長這樣…（來源：Chalmers University of Technology）
 

 

Mutta指出，他們在實(shí)驗(yàn)室的設(shè)置，是在石墨烯兩端放置兩個(gè)鐵磁體(ferromagnetic)電極，完整的電路也有其他參考電極，但可能不是采用鐵磁體；其中有兩個(gè)電路，一是電流、一是電壓，相互隔離以忠實(shí)量測自旋訊號。目前Dash的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)制作了幾個(gè)簡單的電路原型，下一步則是制作內(nèi)存、處理器甚至更復(fù)雜的電路，并將進(jìn)一步改善能完美制作單晶石墨烯晶圓片的化學(xué)氣相沉積技術(shù)。

 

查爾摩斯理工大學(xué)教授Saroj Dash