每日科学2010年10月13日报道，加利福尼亚大学河滨分校物理学家迈出了重要一步，开发出一种“自旋计算机”，成功实现了将“隧道自旋注入”石墨烯。

　　电子可以被极化，这样就会有方向性的定位，称为“自旋。”这种自旋有两种形式，电子可以说是或者“自旋向上”，或者“自旋向下”，这样就可实现更多的数据存储，但就不可能使用现在的电子产品。

　　自旋计算机，开发出来的话，就会利用电子的自旋状态，来存储和处理海量的信息，同时耗能更少，发热更少，速度远远快于今天用的传统电脑。

　　隧道自旋注射是一个术语，用来描述通过绝缘体的电导率。石墨烯引起众人注目，是因为本年度的诺贝尔物理学奖。石墨烯是一种单原子厚的碳原子薄片，排列成蜂窝状态。因极强而又柔韧，石墨烯就成了一种很好的导电体，而且耐热。

　　“石墨烯具有最好的自旋传输特性，超过室温下的任何材料，”罗兰·卡瓦卡密（Roland Kawakami）解释说，他是物理学与天文学副教授，领导这一研究小组，“这使它成为一种有前景的备选材料，可以用于计算机。但是，电子自旋注入，要从铁磁电极注入石墨烯是不够的。更大的担忧是，观察到的自旋，寿命比期望的要短几千倍，理论上是这样认为。我们想要更长的自旋寿命，因为，寿命越长，就能做更多的计算操作。”

　　为解决这些问题，在实验室里，卡瓦卡密和他的同事们插入一片纳米厚的绝缘层，称为“隧道障碍，”就插在铁磁电极和石墨烯层之间。他们发现，自旋注射效率明显上升。

　　“我们发现了呈30倍增长的效率，就是自旋注入的效率，这要用量子隧道穿过绝缘体，注入石墨烯，”卡瓦卡密说。“同样有趣的是，绝缘体的作用就像一个单向阀，使得电子只能朝一个方向流动，就是从电极流向石墨烯，而不是相反。绝缘体有助于使注入的自旋保持在石墨烯内，正是这一点导致了高自旋注入效率。这一反直觉的结果，第一次演示了隧道自旋注入石墨烯。我们现在有了世界纪录，就是在自旋注入石墨烯的效率上。”研究结果刊登在《物理评论通讯》。

　　在他们的试验中，卡瓦卡密的实验室也有项意外发现，解释了短暂的自旋寿命，也是指石墨烯中的电子，这已报道过，是其他实验研究人员报道的。

　　卡瓦卡密解释说，自旋寿命的研究，通常是用一种试验，称为汉勒（Hanle）测量，试验要用铁磁自旋探测器，来监控石墨烯中的电子自旋，这些自旋在外部磁场中会改变方向。他的小组放置一个隧道障碍在中间，两边分别是铁磁自旋探测器和石墨烯，自旋寿命在汉勒测量中跳上了大约500皮秒（对比之下，通常的值只有100皮秒），即使这样，研究人员也并没有采取什么不同的措施来加工石墨烯本身。

　　“人们通常认为，汉勒测量可准确测量自旋寿命，但是这一结果表明，它严重低估了自旋寿命，在铁磁体接触石墨烯时就是这样，”韩伟（Wei Han）说，他是研究论文的第一作者，也是一名研究生，就在卡瓦卡密实验室。“这是好消息，因为这意味着，真正的自旋寿命在石墨烯中肯定会更长，比先前报道的要长，潜在地说，要长得多。”卡瓦卡密解释说，从理论上讲，石墨烯有这样的潜力，会具有极长的自旋寿命。

　　“这一寿命可以是几微秒长，”他说。“漫长寿命是一种特殊属性，是石墨烯具有的，这就使它成为一种非常有吸引力的材料，可用于自旋计算机。”

　　把绝缘层加到石墨烯上很不简单，也不是一个容易的工序。绝缘体往往会结成团块，就是在石墨烯片上，部分原因是石墨烯很不容易强有力地连接材料。为了绕过结块问题，在实验中，卡瓦卡密小组在铺石墨烯片时用了钛层（大约半个原子厚），使用的一种方法，叫做分子束外延。这一钛层，研究人员发现，就使绝缘体不会结块，在石墨烯上也不会滑落。