曼彻斯特大学量子纳米技术重大突破：石墨烯自旋注入实现革命性进展

英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究所的科学家在量子电子学领域取得里程碑式突破。该团队关于石墨烯自旋注入的最新研究成果近期发表于《通讯-材料》（Communications Materials），揭示了自旋电子学与量子输运领域的革命性进展。

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创新方法突破技术瓶颈

自旋电子学通过操控电子自旋而非电荷进行信息传输与存储，有望突破传统计算的物理极限，为下一代经典计算与量子计算提供高能效、超高速解决方案。研究团队负责人伊万·维拉-马伦博士领衔开发了全封装技术：利用六方氮化硼（一种绝缘性二维原子级平整材料）包裹单层石墨烯以保持其优异性能，并通过特殊堆叠结构仅暴露石墨烯边缘，覆盖磁性纳米线电极形成一维接触界面。

量子行为揭示弹道输运特性

在20开尔文的低温实验中，这种一维接触展现出量子点接触（QPCs）特性——这是量子纳米技术与计量学的核心元件。论文第一作者丹尼尔·巴罗博士指出："通过测量接触点的量子化电导，我们观察到电子能谱在注入后分裂为离散能级子带。通过调节石墨烯电子密度与施加磁场，我们首次实现了对这些子带的可视化观测及其与自旋输运的关联。"

与传统方法需在石墨烯通道内制造物理收缩结构不同，磁性纳米线构建的QPCs大幅提升了技术可行性。

开启量子技术应用新纪元

该团队开发的器件架构为石墨烯可调谐量子点接触提供了简洁制备方案，克服了现有工艺难题。纳米级磁性接触点实现了量子化自旋注入，为自旋基量子纳米器件的能效优化开辟道路。此外，弹道自旋注入的验证为低功耗弹道自旋电子学发展奠定基础，未来研究将聚焦通过QPCs量子注入特性增强石墨烯自旋输运效率。

研究背景与支持

此项工作隶属于欧盟"地平线"计划重点项目"二维异质结非易失性自旋存储技术"（2DSPIN-TECH），并获得英国研究创新署（UKRI）资助。

关于国家石墨烯研究所

作为全球顶尖的二维材料研究中心，曼彻斯特大学国家石墨烯研究所持续引领基础研究创新。这里不仅是石墨烯发现者安德烈·海姆爵士与康斯坦丁·诺沃肖洛夫爵士的科研基地，更拥有价值1300万英镑的尖端设施，包括全球学术界最大的5级、6级洁净室。其研究涵盖复合材料、功能膜、绿色氢能、纳米医疗等前沿领域，推动着二维材料从实验室到产业化的跨越式发展。

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