改进的器件制造工艺实现了石墨烯中增强的自旋输运

纳米设计集团ICN2的物理和工程研究人员提出了一种改进的石墨烯基纳米器件制造技术。与以往同类工作相比，该技术的自旋寿命和弛豫长度提高了3倍。这项工作是与Imec和KU Leuven(比利时)合作的结果。研究结果已发表在二维材料上，有望为大规模自旋电子应用的研究做出贡献。

除了通常的电荷状态，自旋电子学利用电子自由旋转的自由度，扩大了传统电子学的潜力。最终的目标是获得存储、处理和读取信息的设备，但具有增强的特性，如更低的功耗、更少的散热、更高的速度等。虽然自旋电子学并不流行，但目前基于这种新方法的一些器件，如磁硬盘、磁随机存取存储器和磁传感器，在工业环境、机器人和汽车工业中有不同的应用。

石墨烯是该领域很有前途的材料。旋转可以在其中流动很长一段距离，这意味着它们在相对较长的时间内不会改变状态。由于其大规模生产，化学气相沉积石墨烯已经在自旋电子器件中流行。然而，石墨烯生长和器件制造过程中产生的杂质限制了其性能。

由ICREA教授Sergio O. Valenzuela领导的纳米设计集团ICN2的一组物理和工程科学家提出了一种高产量的CVD石墨烯器件制造工艺，该工艺大大提高了其自旋参数。这部作品的第一作者是Zewdu M. Gebeyehu，是与Imec和kulewen(比利时)合作的成果。结果发表在二维材料上。

他们展示了在30m长的通道上测量的自旋信号，室温下的自旋寿命高达3纳秒。二氧化硅/硅衬底上石墨烯的自旋弛豫长度高达9 m，这些自旋参数是标准二氧化硅/硅衬底上任何形式石墨烯(剥离和化学气相沉积石墨烯)的最高值。

为了实现这种增强的自旋性能，研究人员使用了生长在铂箔上的化学气相沉积石墨烯，并改进了器件制造技术，以降低与石墨烯生长和制造步骤相关的杂质水平。后者需要优化几个标准工艺，包括预选低杂质水平的高质量均匀石墨烯，结合电子束光刻和氧等离子体刻蚀步骤，以及在高真空下进行合适的后退火。这种方法可以规模化并允许高度可再现的器件制造，这是潜在工业化的主要要求。

自旋参数的提高和器件制造工艺的可重复性，使我们更接近于实现自旋电子器件的复杂电路架构，如超越CMOS计算的自旋逻辑和存储逻辑。

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