自旋電子學(或自旋傳輸電子學)是一個相當新的研究領域，專門從事使用電子自旋來存儲和處理信息的設備的開發(fā)。這些設備可能不適合使用傳統(tǒng)電子設備，因為它們不使用電流工作，因此可以避免焦耳熱的影響。當電流流經材料時會產生熱能，從而提高材料的溫度，焦耳熱是一種在傳統(tǒng)電子設備中發(fā)生的效應。

過去的研究發(fā)現(xiàn)，非局部自旋電流在石墨烯中的傳播距離為2μm至90μm ，這意味著它可能是制造自旋電子器件的理想材料。但是，由于石墨烯并不是天生的自旋極化的，因此要在自旋電子設備中使用它，研究人員首先需要設計出允許其傳輸自旋的策略。

這可以通過在材料的能帶結構中產生自旋分裂來實現(xiàn)。在石墨烯中實現(xiàn)自旋分裂的一種方法是將其放置在靠近磁性材料(例如鐵磁體，亞鐵磁體或反鐵磁體)的位置。

加利福尼亞大學洛杉磯分校，美國國家標準技術研究所，田納西大學和北京工業(yè)大學的研究人員最近通過將單層石墨烯與反鐵磁材料集成在一起，實現(xiàn)了重要的交換分裂。他們使用的策略發(fā)表在《自然電子》上，該論文可以使石墨烯用于制造高性能，多功能自旋電子器件。

研究人員在論文中寫道：“我們證明，單層石墨烯可以通過與硒化鉻(CrSe)的反鐵磁薄膜耦合而被磁化，從而在2K時產生高達134meV的交換分裂能。” “這種交換分裂是通過量子霍爾高原的移動和石墨烯中的量子振蕩來顯示的，其能量可以通過場冷卻來調制，交換分裂的能量隨著正場冷卻而增加，而隨著負場冷卻而降低。”

研究人員將單層石墨烯機械剝離到SiO 2 / Si襯底上，然后將其轉移到CrSe膜的頂部。完成此操作后，他們觀察到該材料呈現(xiàn)出一系列量子振蕩，這些振蕩可以使用稱為場冷卻的技術進行調制。這表明在組合結構的石墨烯層中發(fā)生了相當大的自旋分裂。

測量和結果表明，將石墨烯與反鐵磁材料(例如CrSe)結合使用可以實現(xiàn)材料中的大量交換分裂。在最近的《自然電子》論文中概述的石墨烯/ CrSe異質結構的平均交換分裂能約為134 meV。有趣的是，研究人員還發(fā)現(xiàn)可以控制這種結構中石墨烯光譜的調制。

總的來說，這些發(fā)現(xiàn)凸顯了這種結構以及其他石墨烯/反鐵磁結構在開發(fā)具有低損耗且能夠進行長距離自旋傳輸?shù)淖孕娮悠骷矫娴臐摿?。除了能夠開發(fā)新的自旋電子器件外，研究人員創(chuàng)建的結構還可以用作研究量子接口機制和動力學的平臺。未來的研究還可以探索將石墨烯與具有不同晶體對稱性或特性的其他反鐵磁體耦合的系統(tǒng)或結構的潛力。