自旋电子设备利用量子物理相互作用产生的磁性结构工作。目前，西班牙和德国合作在 BESSY II 研究了由石墨烯-钴-铱构成的异质结构。研究结果表明，在这些异质结构中，两种理想的量子物理效应是如何相互促进的。这可能会带来由这种异质结构制成的新型自旋电子器件。
自旋电子学利用电子的自旋来执行逻辑运算或存储信息。理想情况下，自旋电子元件能比传统半导体元件工作得更快、更节能。然而，要有针对性地生成和操纵材料中的自旋结构仍然十分困难。
用于自旋电子学的石墨烯
石墨烯是一种由碳原子组成的二维交联蜂窝状结构，是自旋电子学应用的一个有趣候选材料。石墨烯通常沉积在一薄层重金属上。石墨烯和重金属之间的边界层会产生强烈的自旋轨道耦合，从而产生各种量子效应，包括能级的自旋轨道分裂（拉什巴效应）和自旋排列的 “倾斜”（Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用）。最后一种效应尤其适用于稳定旋涡状自旋结构，即所谓的 “skyrmions”，这种结构特别适用于自旋电子学。
加钴单层
然而，一个西班牙-德国团队现在已经证明，如果在石墨烯和重金属基底（这里是指：铱）之间插入一些铁磁性元素钴单层，这些效应就会显著增强。样品是在绝缘基底上生长的，这是利用这些效应实现多功能自旋电子元件的必要前提。
观测到量子效应的相互作用
“在 BESSY II，我们详细分析了石墨烯、钴和铱之间界面的电子能谱，”HZB 物理学家 Jaime Sanchez-Barriga 博士说。最重要的发现是：与预期相反，石墨烯不仅能与钴相互作用，还能通过钴与铱相互作用。”Sánchez-Barriga解释说：”石墨烯与重金属铱之间的相互作用是由铁磁性钴层介导的。铁磁层加强了能级的分裂。”Sánchez-Barriga说：”我们可以通过钴单层的数量来影响自旋悬臂的效果；三个单层是最佳的。
这一结果不仅得到了测量结果的支持，还得到了尤利希研究中心在密度泛函理论框架内进行的新计算的支持。两种量子效应相互影响、相互促进的事实是全新的，也是出乎意料的。
SPIN-ARPES 和 BESSY II
“HZB 量子材料自旋与拓扑部门负责人 Oliver Rader 教授强调说：”我们之所以能够获得这些新见解，是因为 BESSY II 拥有极高分辨率和灵敏度的仪器，可以测量具有自旋分辨率的光发射光谱（SPIN-ARPES）。”这使得我们可以非常精确地确定自旋偏转的可疑原因，即拉什巴型自旋轨道分裂，甚至可能比自旋偏转本身更加精确”。全世界只有极少数机构拥有这种能力的仪器。
研究结果表明，基于石墨烯的异质结构在下一代自旋电子器件中具有巨大潜力。
Rashba-like Spin Textures in Graphene Promoted by Ferromagnet-Mediated Electronic Hybridization with a Heavy Metal
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c02154
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