二硫化鎢/石墨烯異質結新型電晶體

近日，荷蘭格羅寧根大學科研團隊發明了一種二硫化鎢/石墨烯異質結新型電晶體。該設備通過基於二硫化鎢層上的雙層石墨烯結構來控制自旋電流。研究的詳細資訊已發佈在10月16 日的《物理評論B》雜誌上。

為了使電晶體使用電子自旋而不是電荷自旋運行，有必要找到一種方式來開關自旋電流。此外，自旋的壽命至少應等於這些電子通過電路所花費的時間。格羅寧根大學的科學家們基於在二硫化鎢層上的石墨烯雙層結構，發明了一種滿足這兩個要求的新型電晶體。

新技術

石墨烯是碳的二維形式，是電子自旋的特殊導體。但是，很難控制這種材料中的自旋電流。自旋是電子的量子力學性質，這使它們微型磁體一樣起作用。

先前有研究表明，如果將石墨烯放在二硫化鎢層的頂部，則可以控制自旋電流。但是，這種方法縮短了自旋的壽命。鎢是一種金屬，鎢原子會影響穿過石墨烯的電子，從而耗散自旋電流。

在二硫化鎢上使用石墨烯的雙層結構，通過上層的電子受金屬原子影響較少。

能級

關於新型電晶體，當電子通過外層石墨烯層時，面內自旋非常快地消散（僅皮秒）。但是，面外自旋的壽命大約長一百倍。這意味著，即使暴露於二硫化鎢，自旋電流的一個分量（具有平面外取向的自旋）也可以傳播足夠遠的距離。

不僅如此，自旋電流能級使它們穿過石墨烯的上層。可以通過施加電場，將自旋電流推入下層來提高能級。“在該處，自旋會感受到金屬原子的全部作用，並且自旋電流會迅速消散。”使用電場關閉自旋電流的能力很重要，因為它可以應用於基於該技術的“柵級”電晶體。

然而，構建電晶體基板的某些技術存在限制，使電場選通效果無法實現。但是，值得欣慰的是，“我們已經表明，有可能使自旋電流流過由石墨烯和二硫化鎢製成的異質結構，這是創建自旋電晶體的重要一步。”

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