鑽石或是自旋電子元件潛在材料

傳統電子學依賴於控制電荷。最近，研究人員探尋了一種被稱為自旋電子學的新技術潛力。自旋電子學依靠探測並控制粒子自旋。該技術或能帶來新的更加高效和強大的設備。

在一篇日前發表於美國物理聯合會（AIP）出版集團所屬《應用物理快報》的論文中，研究人員測量了電荷載子的自旋同鑽石中的磁場發生相互作用的強度有多大。這種關鍵屬性證實，鑽石可作為自旋電子元件的一種頗有前景的材料。

澳大利亞拉籌伯大學物理學家Golrokh Akhgar介紹說，鑽石之所以有吸引力，是因為和傳統的半導體材料相比，它能被相對簡單地處理並且製成自旋電子設備。傳統量子元件基於多重半導體薄層，而這需要超高真空內非常精細的製造工藝。

「鑽石通常是極好的絕緣體。」Akhgar表示。但當暴露在氫等離子體中時，鑽石會將氫原子吸收進表面。當氫化鑽石被引到潮濕的空氣中，它變得具有導電性，因為一薄層水在其表面形成，從而將電子從鑽石中剝離出來。鑽石表面失去的電子錶現得像帶正電荷的粒子，從而使表面具有導電性。

研究發現，這些空穴擁有很多適合自旋電子學的屬性。最重要的屬性是被稱為自旋軌道耦合的相對論效應，即電荷載子的自旋同其軌道運動發生相互作用。強烈的耦合使研究人員得以利用電場控制粒子的自旋。

在此前工作中，研究人員測量了空穴的自旋軌道耦合被電場「改造」的強度。他們還證實，外部電場能調整耦合強度。

在最新試驗中，研究人員測量了空穴自旋同磁場相互作用的強度。他們使不同強度的恆定磁場在低於4開爾文的溫度下同鑽石表面平行，並且同時施加一個不斷變化的垂直磁場。通過監控鑽石電阻如何改變，他們確定了g因數。該數字能幫助研究人員利用磁場控制未來元件的自旋。

「電荷載子同電場和磁場的耦合強度是自旋電子學的核心。」Akhgar表示，「現在，我們擁有了通過電場或者磁場控制鑽石表面導電層中自旋的兩個關鍵參數。」

來源：中國科學報

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