科普專欄 / Information

科學家賦予石墨烯“磁性金”的特性

由俄聖彼得堡國立大學和托木斯克國立大學科學家參加的國際研究團隊對石墨烯進行了改性處理,賦予了其钴和金的特性——磁性和自旋軌道耦合,此項研究将有助于改善量子計算機。相關研究成果已發表在《納米快報》(Nano Letters)雜志上。

石墨烯是目前存在的所有材料中最輕、最堅固的材料,具有高導電性。當與钴和金相互作用時,石墨烯不僅保留了自身獨特的特性,而且部分獲得了上述金屬的性質——磁性和自旋軌道耦合。科學家們合成了一種由嚴密有序的石墨烯、超薄金原子層、钴磁性基底組成的三層結構,并研究了這一結構的新特性。

經典的電子自旋可以理解為電子繞自身軸旋轉而産生的“磁性體”。同時,電子繞原子核旋轉,産生循環電流和磁場。“磁性體”和磁場之間發生相互作用,即自旋軌道耦合。石墨烯自身的自旋軌道耦合可忽略不計,而黃金的自旋軌道耦合則非常強。黃金和石墨烯的相互作用使後者自旋軌道耦合增強。钴對石墨烯的磁化也是如此。

磁性自旋軌道石墨烯可應用于量子計算機領域。現在量子計算的信息元素(量子位)主要是在冷原子或超導躍遷中制成的。速度仍然是量子計算機原型機面臨的主要問題:由于與外部環境的交互作用,量子位來不及完成所需頻次的操作并保存計算結果。基于新的“量子”材料,如磁性自旋軌道石墨烯,制出量子位可成為該問題的解決方案之一。

來源:科技部

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