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与电子技术相比,石墨烯的磁扭曲可以显著提高处理速度

与电子技术相比,石墨烯的磁扭曲可以显著提高处理速度

磁封装双层扭曲石墨烯的山谷螺旋示意图。

通过将铁磁体与两层旋转的石墨烯结合,研究人员利用石墨烯独特的量子自由度为强相互作用状态开辟了一个新的平台。

材料中的电子具有一种被称为“自旋”的性质,这导致了许多性质,其中最著名的是磁性。永磁体,比如用于冰箱门的永磁体,其电子的自旋方向都是一致的。科学家们把这种行为称为铁磁性,而试图操纵自旋的研究领域称为自旋电子学。

在量子世界中,自旋可以以更奇特的方式排列,产生挫败态和纠缠磁体。有趣的是,在石墨烯材料中出现了一种类似于自旋的性质,被称为“谷”。这种独特的特性催生了谷电子学,其目的是利用谷的特性进行突发物理和信息处理,就像自旋电子学依赖于纯自旋物理一样。

“谷电子学可能允许在量子谷自由度中对信息进行编码,类似于电子如何利用电荷和自旋进行编码。来自阿尔托应用物理系的Jose Lado教授解释道,他也是这项研究的作者之一。“此外,与电子设备相比,谷电子设备的处理速度将大幅提高,与自旋电子设备相比,谷电子设备对磁场噪声的稳定性要高得多。”

由旋转的超薄材料制成的结构为设计新器件提供了丰富的固态平台。特别是,微扭曲的石墨烯层最近被证明具有令人兴奋的非常规特性,这最终可能导致量子技术的新材料系列。这些已经被探索的非常规状态依赖于电荷或自旋。悬而未决的问题是,硅谷是否也能催生出自己的一系列激动人心的州。

为valleytronics制造材料

为了实现这一目标,传统的铁磁发挥了至关重要的作用,将石墨烯推向了山谷物理领域。在最近的一项研究中,博士生托拜厄斯?苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的Oded Zilberberg和Gianni Blatter,以及阿尔托大学(Aalto University)的何塞•拉多(Jose Lado)教授,为磁性范德华材料的相关物理研究指明了一个新的方向。

研究小组发现,夹在铁磁绝缘体之间的两层稍微旋转的石墨烯为新的电子状态提供了一种独特的设置。铁磁体、石墨烯的扭曲工程和相对论效应的结合,迫使“山谷”属性支配着材料中电子的行为。特别地,研究人员展示了如何通过电调节这些谷态,提供了一个材料平台,在那里谷态可以产生。基于最近在自旋电子学和范德瓦尔斯材料方面的突破,磁扭曲范德瓦尔斯多层谷物理开启了通往相关扭曲谷电子新领域的大门。

“展示这些状态代表了通往新的异国纠缠谷状态的起点。拉多教授说,“最终,设计这些谷态可以实现量子纠缠谷液和分数量子谷霍尔态。”这两种奇异的物质状态尚未在自然界中发现,这将为潜在的基于石墨烯的拓扑量子计算平台打开令人兴奋的可能性。”

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