石墨烯作為一種潛在的硅替代材料一直備受矚目。石墨烯擁有極高的電子遷移率，也擁有優(yōu)于金屬的均勻性，所以在作為納米尺度的自旋電子器件的候選材料上，簡直堪稱完美。自旋電子器件通過單個電子的自旋狀態(tài)編碼信息，這和傳統(tǒng)的上千個電荷的編碼存在很大的差別，至少所使用的電子數(shù)大大減少；與此同時，自然也大大減小了器件的尺寸和功耗。

　　現(xiàn)在事實上已經(jīng)有一些器件在使用自旋編碼了，其中包括一些先進的硬盤驅(qū)動器和磁性隨機存取存儲器（MRAM），但這些器件只能移動自旋編碼的電子幾個納米。不幸的是，銅和鋁的均勻性并不好，不能長時間運行自旋編碼，從而限制了自旋電子的性能。查爾姆斯理工大學(xué)（英國分校）納米加工實驗室的目標(biāo)是將自旋電子移動的距離擴展至毫米級，從而使得所有的數(shù)字電路都可以使用自旋電子編碼。

　　據(jù)報道，Saroj Dash教授和他的團隊最近在有線長程自旋電子通信上取得了成功，他們在室溫下將通過化學(xué)氣象沉積沉積在銅上的石墨烯中的自旋電子傳輸?shù)浇^緣硅（SOI）晶片上。表征表明自旋電子的傳輸距離達到了16毫米，電子壽命為1.2納秒，另外還有6毫米的自旋擴散長度（在該尺度內(nèi)，自旋子之間的磁化可以同時自發(fā)交換）；16毫米！達到了其它報道了的基于石墨烯的自旋電子的最遠傳輸距離的6倍。

　　石墨烯自旋電子變換器改變單個電子的自旋方向。

　　石墨烯可以通過三種方式來獲得：從石墨塊狀晶體上剝離（這種方法使用最廣泛），外延法制備石墨烯（這種方法是通過在SiC晶圓表面移除硅原子來制成的，這種方法有大規(guī)模應(yīng)用的潛力）和化學(xué)氣相沉積（這種方法可以在任何表面制備石墨烯）。該團隊中的在讀博士生Venkata Kamalakar Mutta說：“在這些不同的方法中，化學(xué)氣相沉積是最可行的一種，我們可以使用該方法輕松地在任何表面制備石墨烯。剝離法制備的石墨烯只限于制備小薄片型的石墨烯，而外延生長只有在較大的SiC基板上才好用，而且還不適合在不同板材之間進行轉(zhuǎn)移?！?/p>

　　封裝好的自旋電子器件，使用自旋電子而不是電荷來存儲信息。

　　其它的類似研究團隊也在使用化學(xué)氣相沉積，其中包括德州儀器，但幾乎還沒有團隊能取得查爾姆斯理工大學(xué)這個團隊這樣的成功。到目前為止，Dash的團隊還只是對他們的石墨烯的性能表現(xiàn)進行了一些表征，并且還制造了一些小器件來證明這一概念。

　　Mutta說：“我的實驗裝置由兩個放置在石墨烯上面的鐵磁電極構(gòu)成，其中一個是噴射器，另一個是檢測器。其它用于完成電路的電極則作為參考電極，而參考電極則可能不是鐵磁性的。其中包含兩個電路，即電流電路和電壓電路。這兩個電路之間是彼此隔離的，以取得忠實可信的自旋信號。”

　　Saroj Dash教授

　　到目前為止，該研究團隊已經(jīng)試制出了幾個簡單的電路，但他們的下一步是要制造存儲器、處理器和其它更為復(fù)雜的電路，并且還有完善化學(xué)氣相沉積的方法，以得到完美的單晶石墨烯晶圓。

　　“下一步，我未來的目標(biāo)是使用現(xiàn)有的化學(xué)氣相沉積石墨烯來得到自旋邏輯和存儲電路?！盡utta說，“我們要面臨的另一個挑戰(zhàn)是使用單晶化學(xué)氣相沉積石墨烯來進一步完善它，因為單晶的自旋散射更少，而且沒有晶界。”

　　如果該團隊最終如愿以償?shù)厝〉昧顺晒?，他們的成果將可能賦予搖搖欲墜的摩爾定律新的生機，據(jù)國際半導(dǎo)體技術(shù)藍圖（ITRS）稱，摩爾定律將在2018年左右達到終點。