钻石或是自旋电子元件潜在材料

本报讯传统电子产品依赖于控制电荷。最近，研究人员探索了一种叫做自旋电子学的新技术的潜力。自旋电子学依赖于检测和控制粒子的自旋。这项技术可能会带来新的、更高效、更强大的设备。

在最近发表在美国物理学联合会(AIP)出版团体《应用物理学快报》上的一篇论文中，研究人员测量了电荷载体的自旋与钻石中的磁场相互作用的强度。这一关键属性证明了金刚石可以作为一种有前途的材料用于电子元件的旋转。

澳大利亚拉筹伯大学的物理学家Golrokh Akhgar说，钻石很有吸引力，因为与传统的半导体材料相比，它们可以相对简单地加工成自旋电子器件。传统的量子器件基于多个薄半导体层，这需要在超高真空中进行非常精细的制造工艺。

"钻石通常是极好的绝缘体。"阿克加尔说。但是当暴露在氢等离子体中时，钻石会将氢原子吸收到表面。当氢化金刚石被引入潮湿的空气中时，它变得导电，因为在其表面形成了一层薄薄的水，从而从金刚石中剥离出电子。钻石表面失去的电子表现得像带正电的粒子，从而使表面导电。

发现这些空穴具有许多适合自旋电子学的性质。最重要的属性是称为自旋-轨道耦合的相对论效应，即电荷载体的自旋与其轨道运动相互作用。强耦合使研究人员能够利用电场来控制粒子的自旋。

在以前的工作中，研究人员测量了被电场“修改”的空穴的自旋轨道耦合强度。他们还证实了外部电场可以调节耦合强度。

在最新的实验中，研究人员测量了空穴自旋和磁场之间的相互作用强度。它们在低于4开尔文的温度下使不同强度的恒定磁场平行于钻石表面，同时施加不断变化的垂直磁场。他们通过监测钻石电阻的变化来确定G因子。这个数字可以帮助研究人员利用磁场来控制未来组件的自旋。

"电荷载体与电场和磁场之间的耦合强度是自旋电子学的核心."Akhgar说，“现在我们有两个关键参数通过电场或磁场来控制金刚石表面导电层的自旋。”(宗华)

中国科学新闻(2018-03-12第二版国际版)