[讨论] 电子自旋革命 石墨烯成真正的“材料之王”

电阻率超低、电子迁移速度极快——可以有效传导电子自旋的石墨烯，令科学界普遍期待：新一轮电子元器件革命，就要到来。
1980年，科学家在固态器件中发现了与电子自旋有关的电子输运现象，从而出现了自旋电子学这门新兴技术。

　　随着“通过电子的自转来降低芯片能耗”这一猜想被科学实验证明，科学家的研究又走向了下一步，即选择什么样的材料来传导电子自旋，从而更自如地控制电子旋转方向。这对于更高性能的电子元器件、存储和处理更多海量数据的自旋计算机发展至关重要。

　　到了2004年，英国曼彻斯特大学的两位教授安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫找到一种简单的方法，能令石墨薄片越来越薄。最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是如今广为人知的石墨烯。

　　石墨烯电阻率极低，电子迁移的速度极快。如此卓越的性能令科学界普遍期待它能引领新一轮的电子元器件革命。

　　荣获2010年诺贝尔物理学奖后，安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫并未放缓对这种神奇材料的钻研。1年之后，两人再度在新一期美国《科学》杂志上报告说，他们发现石墨烯能有效传导电子自旋，有望成为下一代基于电子自旋的电子元件材料。

　　“如果给石墨烯施加一个特殊磁场，就可以在其中实现电子自旋的传导，而这种”自旋流“具有成为下一代电子元件工作基础的潜力。”

　　安德烈·海姆的研究还显示，在石墨烯中产生的“自旋流”比在其他一些材料中更强烈并且更易控制。

　　都柏林三一学院助理教授MauroFerreira认为，石墨烯之所以成为电子自旋学领域内最充满希望的材料的原因是：相比较其他材料，它的自旋轨道相互作用极其小。这意味着其自旋很少与轨道移动产生相互作用。

　　也就是说，石墨自旋所储藏的信息就能够比其他材料持续更长久。

　　值得一提的是，在最新的研究中，科学家还从理论上展示了通过折叠2D石墨烯片打开带隙并使其接受磁场。这种方法也在石墨烯片上产生了自旋电流，使其成为电子自旋学领域的宠儿。

　　石墨烯非比寻常的导电性能被大规模应用或许还需要一段时间。但对于石墨烯薄膜的透光性和柔韧性的应用，目前已走向产业化。美国、英国、日本、韩国和中国都在研究如何令石墨烯大范围应用于包括触摸屏、显示屏在内的光电领域。

　　剑桥IP数据显示，截至目前记录在案的11372项与石墨烯相关专利中，有7924项是制造技术相关的专利。其中亚洲有3060项专利。

　　中韩两国为石墨烯专利主力军。浙江大学、清华大学和交通大学是国内拥有石墨烯专利最多的单位，其中，浙大大学拥有的专利数量位列全球第三。另外，国内的上市公司中也有数家涉及石墨烯业务，包括金路集团、中国宝安及烯碳新材等

　　近日有消息传出，宇顺电子在掺锡氧化铟替代材料--石墨烯材料应用方面已经开发出产品，并开始向客户端进行推广。

　　在不远的将来，石墨烯的应用范围还将有望从电子领域进一步扩大至生物航天、光学、储能、生物医药、日常生活等大量领域。从取代硅成为真正的“材料之王”。