曼彻斯特大学国家石墨烯研究所的研究人员通过对石墨烯自旋注入的研究，在量子电子学领域取得了进展。他们的研究成果发表在《通信材料》（Communications Materials）杂志上，有助于推动自旋电子学和量子传输的发展。
石墨烯中的可调量子点接触（QPC）。图片来源：曼彻斯特大学
自旋电子学的创新方法
自旋传输电子学（或称自旋电子学）通过利用电子自旋而不是电荷进行数据传输和存储，为传统电子学提供了一种替代方法。这种方法实现了高能效、高速的解决方案，解决了经典计算的局限性，使经典计算和量子计算技术都受益匪浅。
在 Ivan Vera-Marun 博士的领导下，曼彻斯特研究小组将单层石墨烯封装在六方氮化硼（一种原子上光滑且绝缘的二维材料）中，以保持其高质量。通过构造二维材料堆栈，使其只露出石墨烯的边缘，并在堆栈上放置磁性纳米线电极，他们成功地创建了一维（1D）接触。
量子行为和弹道传输
研究在 20 K 的低温条件下考察了通过这些一维触点的注入过程，结果表明电子在界面上的传输表现出量子行为。这些触点具有量子点接触（QPC）的功能，常用于量子纳米技术和计量学。
量子化电导的测量结果证明了这种量子行为，表明电子的能谱在注入时转化为离散的能量子带。通过调整石墨烯中的电子密度并施加磁场，我们将这些子带可视化，并探索它们与自旋传输之间的联系。
丹尼尔-伯罗博士，研究第一作者，曼彻斯特大学国家石墨烯研究所
通过使用磁性纳米线，这些 QPC 无需在石墨烯通道内设置物理收缩，因此与以前的方法相比，其实施更加实用。
对量子纳米技术的影响
曼彻斯特团队推出的器件架构为在石墨烯中开发可调 QPC 提供了一种简单的方法，克服了与其他技术相关的制造难题。纳米级触点的磁特性实现了量子化自旋注入，为基于自旋的量子纳米技术中的高能效器件开辟了新的可能性。
弹道自旋注入的成功演示是向低功耗弹道自旋电子学迈出的重要一步。未来的研究将侧重于通过利用 QPC 的量子注入特性来改善石墨烯中的自旋传输。
这项研究是地平线欧洲项目 “二维异质结构非易失性自旋存储器技术”（2DSPIN-TECH）的一部分，并得到了英国皇家研究院的资助。
期刊参考：
Burrow, D., et al. (2025). Spin polarised quantised transport via one-dimensional nanowire-graphene contacts. Communications Materials. doi.org/10.1038/s43246-025-00744-z.
本文来自AZONANO，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
