通過在石墨烯中完成隧道自旋注入，加州大學(xué)河濱分校的物理學(xué)家們完成了自旋計(jì)算機(jī)(spin computer)研發(fā)中非常重要的一步。

    物理學(xué)告訴我們，電子可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行分類，稱之為“自旋”(spin)，包括上旋(spin up)、下旋(spin down)兩種狀態(tài)，正好對應(yīng)數(shù)字存儲中的0、1。自旋計(jì)算機(jī)就是基于電子自旋原理，利用電子自旋狀態(tài)存儲和處理海量數(shù)據(jù)，相比于現(xiàn)在使用的傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)不僅數(shù)據(jù)量更大，而且能源消耗和發(fā)熱量更低，速度也要快得多。

    “隧道自旋注入”(tunneling spin injection)是一個用來描述絕緣體電導(dǎo)率的術(shù)語，因?yàn)榻衲曛Z貝爾物理學(xué)獎而再次引起關(guān)注的石墨烯(graphene)則一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子蜂窩狀面材料，是碳的二維結(jié)構(gòu)。石墨烯異常堅(jiān)硬而又有彈性，是電的良導(dǎo)體，而且抗熱性很好。

    領(lǐng)導(dǎo)此次自旋計(jì)算機(jī)研究項(xiàng)目的是加州大學(xué)河濱分校物理和天文學(xué)助教Roland Kawakami。他解釋說：“在室溫條件下，石墨烯是自旋傳導(dǎo)屬性最好的材料之一，因此是自旋計(jì)算機(jī)的最佳實(shí)驗(yàn)對象，但是從鐵磁電極向石墨烯的電子自旋注入效率非常低，更讓人擔(dān)憂的是觀察所得自旋壽命只有預(yù)想的幾千分之一。我們需要更長的自旋壽命，因?yàn)閴勖�越長，能執(zhí)行的計(jì)算操作就越多�！�

    為了解決上述問題，科研人員們在鐵磁電極和石墨烯層之間插入了一個只有幾納米厚的絕緣層“隧道結(jié)”(tunnel barrier)，自旋注入效率因此得以明顯提高。

    Kawakami說：“絕緣體向石墨烯的量子隧道自旋注入效率提高了30倍。同樣有趣的是，絕緣體就像是個單向閥門，只允許電子在一個方向上流動，也就是從電極向石墨烯，而不能反過來。絕緣體有助于將注入的自旋保持在石墨烯之內(nèi)，這也是自旋注入效率提高的關(guān)鍵所在。這種不同于直覺的結(jié)果是石墨烯隧道自旋注入的第一次展現(xiàn)�，F(xiàn)在我們創(chuàng)造了石墨烯自旋注入效率的世界紀(jì)錄。”

    根據(jù)霍爾測量，隧道結(jié)的插入還讓自旋壽命從典型的100皮秒(百億分之一秒)延長到了大約500皮秒。Kawakami指出，從理論上說，石墨烯應(yīng)該有著極長的自旋壽命，這也是它的一個特性，正因?yàn)槿绱瞬庞邢Ｍ�促成自旋�?jì)算機(jī)。

    至于這種所謂的自旋計(jì)算機(jī)什么時候能夠開始實(shí)用，那可有的等了。