歐洲科學家利用化學氣相沉積法(CVD)將石墨烯(graphene)鍍在鐵磁性電極之上。此鍍膜具有鈍化(passivation)的效果，使鐵磁電極能抵抗氧化，因此非常適合應用在資訊儲存領域的自旋電子學(spintronics)元件中。
隨著全球各大雲端計算中心的建立，所須處理及儲存的資料量前所未見，能同時利用電子的自旋及電荷的自旋電子學，在這場資訊儲存變革中倍受矚目。鐵磁性記憶體元件可以作為資訊儲存的基本建構單元，應用在包含自旋閥(spin valve)的硬碟讀取頭以及磁阻式隨機存取記憶體(MRAM)。
自旋電子元件利用電子自旋可指向「上」與「下」的特性，進行二位元資訊的儲存。與一般仰賴電流開關的電子電路相較，自旋電路的尺寸較小，效能也較高，原因是切換電子自旋方向僅需少許能量。自旋電路使用的自旋極化電極一般是由鐵磁性材料鎳(Ni)與鈷(Co)所構成。此類材料具有本質自旋極化電子居量(spin-polarized electron population)，亦即自旋向上與向下的電子數目不同。然而，這些金屬有一個毛病──易於氧化，尤其發生在元件製程與整合之時。
最近，以劍橋大學Bruno Dlubak為首的英、法、德聯合研究團隊利用化學氣相沉積法，在狹長鎳片上生長石墨烯層，製作出一種新型的混合式無機/有機電極；此石墨烯鍍膜能保護鎳片免於氧化。研究人員分析穿隧能譜發現，垂直流過此石墨烯鈍化鐵磁電極(graphene-passivated ferromagnetic electrode, GPFE)的電子會產生自旋極化，意味著此電極可作為自旋源。
先前的研究已經證實石墨烯為理想的自旋電子元件材料，這是因為當電流的方向垂直碳平面時，石墨烯成為絕佳的穿隧能障(tunnel barrier)。研究人員也預測，鐵磁性自旋電子結構中的石墨烯，可望在兩種不同材料的介面處切換穿隧電流的自旋極化方向。此現象來自於能帶結構衍生的自旋過濾效應(band-structure-derived spin-filtering effect)，已經在上附團隊的自旋閥元件實驗中被觀察到了。詳見ACS Nano | DOI: 10.1021/nn304424x。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:翁任賢(成功大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝