傳統(tǒng)電子學(xué)依賴于控制電荷。zui近，研究人員探尋了一種被稱為自旋電子學(xué)的新技術(shù)潛力。自旋電子學(xué)依靠探測(cè)并控制粒子自旋。該技術(shù)或能帶來(lái)新的更加高效和強(qiáng)大的設(shè)備。

在一篇日前發(fā)表于美國(guó)物理聯(lián)合會(huì)（AIP）出版集團(tuán)所屬《應(yīng)用物理快報(bào)》的論文中，研究人員測(cè)量了電荷載子的自旋同鉆石中的磁場(chǎng)發(fā)生相互作用的強(qiáng)度有多大。這種關(guān)鍵屬性證實(shí)，鉆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(xué)物理學(xué)家Golrokh Akhgar介紹說(shuō)，鉆石之所以有吸引力，是因?yàn)楹蛡鹘y(tǒng)的半導(dǎo)體材料相比，它能被相對(duì)簡(jiǎn)單地處理并且制成自旋電子設(shè)備。傳統(tǒng)量子元件基于多重半導(dǎo)體薄層，而這需要超高真空內(nèi)非常精細(xì)的制造工藝。

“鉆石通常是極好的絕緣體。”Akhgar表示。但當(dāng)暴露在氫等離子體中時(shí)，鉆石會(huì)將氫原子吸收進(jìn)表面。當(dāng)氫化鉆石被引到潮濕的空氣中，它變得具有導(dǎo)電性，因?yàn)橐槐铀谄浔砻嫘纬?，從而將電子從鉆石中剝離出來(lái)。鉆石表面失去的電子表現(xiàn)得像帶正電荷的粒子，從而使表面具有導(dǎo)電性。

研究發(fā)現(xiàn)，這些空穴擁有很多適合自旋電子學(xué)的屬性。zui重要的屬性是被稱為自旋軌道耦合的相對(duì)論效應(yīng)，即電荷載子的自旋同其軌道運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互作用。強(qiáng)烈的耦合使研究人員得以利用電場(chǎng)控制粒子的自旋。

在此前工作中，研究人員測(cè)量了空穴的自旋軌道耦合被電場(chǎng)“改造”的強(qiáng)度。他們還證實(shí)，外部電場(chǎng)能調(diào)整耦合強(qiáng)度。

在zui新試驗(yàn)中，研究人員測(cè)量了空穴自旋同磁場(chǎng)相互作用的強(qiáng)度。他們使不同強(qiáng)度的恒定磁場(chǎng)在低于4開(kāi)爾文的溫度下同鉆石表面平行，并且同時(shí)施加一個(gè)不斷變化的垂直磁場(chǎng)。通過(guò)監(jiān)控鉆石電阻如何改變，他們確定了g因數(shù)。該數(shù)字能幫助研究人員利用磁場(chǎng)控制未來(lái)元件的自旋。

“電荷載子同電場(chǎng)和磁場(chǎng)的耦合強(qiáng)度是自旋電子學(xué)的核心?！盇khgar表示，“現(xiàn)在，我們擁有了通過(guò)電場(chǎng)或者磁場(chǎng)控制鉆石表面導(dǎo)電層中自旋的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)?！?/span>