在工业级石墨烯基底中建立极限自旋电流（ultimate spin current）能够促进自旋电流功能、自旋传感领域的发展，与此同时能够解决自旋弛豫物理学，消除人们对石墨烯是否能够用于平面自旋等领域中的怀疑。有鉴于此，乌普萨拉大学M. Venkata Kamalakar等报道了达到45 μm的超长自旋通信能力，在SiO₂/Si基底上的石墨烯中实现了迄今为止最高的自旋扩散距离（13.6 μm）。

本文要点：

（1）

通过商业购置的化学气相沉积石墨烯，作者展示了接触作用如何在界面上进行电荷转移掺杂、器件掺杂起到的作用，并且发现自旋弛豫在较长的自旋通道中淬灭过程，进而在多晶石墨烯中产生了超预期的长自旋扩散长度。

器件制备步骤。将商业购置负载于Cu上的石墨烯转移到4 inch SiO₂/Si晶圆上，随后通过光刻方法、50 W氧plasma刻蚀方法在石墨烯上进行图案化处理，形成长33~85 μm、宽5 μm的图案，随后在70 ℃中分别用丙酮、异丙醇除去光刻胶。随后在石墨烯上通过电子束刻蚀、金属剥离方法构建3~60 μm的铁磁隧道接触（蒸发0.8 nm Ti金属通过氧化处理形成TiO₂隧道势垒层，随后分别沉积60 nm Co，5 nm Al及5 nm Au抗氧化层；随后在加热的丙酮、异丙醇处理剥离）。

（2）

进一步的实验结果展示，在多重通道（36 μm、45 μm）中自旋的传输和进动得以改善，并在SiO₂上的石墨烯实现了高达~2.5-3.5 ns自旋寿命（在温和气氛中同样能实现）。这种性能能够在石墨烯中实现~20 μeV的自旋-轨道耦合，展示了石墨烯通道、接触区域中具有的Díyakonov-Perel自旋弛豫机理。以上结果说明，在SiO₂上负载的石墨烯具有发展新型结构自旋传感器、自旋计算电路的前景。

参考文献

J. Panda, M. Ramu, Olof Karis, Tapati Sarkar, and M. Venkata Kamalakar*

Ultimate Spin Currents in Commercial Chemical Vapor Deposited Graphene, ACS Nano 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c03376

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c03376