英国曼彻斯特（Manchester）、荷兰、新加坡、西班牙、瑞士和美国研究人员组成的团队，发表了有关自旋电子学（Spintronics）电脑装置发展领域的新评论，可将石墨烯（Graphene）当作次世代电子元件的基本组成要素。
对于石墨烯和相关二维（2D）材料电子自旋传输（Electronic Spin Transport）的最新理论、实验进展与研究现象，已成为目前最引人入胜的热门研发领域。自旋电子学是奈米级电子学与磁学的结合，可使电子以突破摩尔定律（Moore’s law）物理极限的速度发展。所谓摩尔定律是指，电脑处理效能约每 2 年倍增，同时价格减半。与依赖电荷电流的传统电子元件相比，自旋电子元件可以提供更高能源效率和更低功耗。原则上，我们可让手机和平板电脑使用基于自旋的晶体管和内存，大幅提高速度和储存容量。
2D 异质结构与石墨烯结合，打造能带动科幻级应用的全新“设计材料”
自 2004 年成功分离以来，石墨烯为其他 2D 材料开启了大门。随后，研究人员能使用这些材料打造出称为异质结构（Heterostructure）的 2D 材料堆叠。这些堆叠可与石墨烯相结合，创造全新的“设计材料”，进而提供原本只能在科幻小说看到的应用。
正如《美国物理学会期刊现代物理学评论》（APS Journal Review of Modern Physics）发表的，着重于异质结构及其层现现象（Emergent Phenomena）所提供的新观点，包括近接式自旋──轨道效应（Proximity-Enabled Spin-Orbit Effect）、自旋与光的耦合、电调谐性（Electrical Tunability）和二维磁性（2D magnetism）等。一般人早在笔电和 PC 遇到自旋电子元件，这些电脑已在硬盘机读取磁头以磁性感测器（Magnetic Sensor）的形式使用自旋电子元件。这些感测器也应用于汽车产业。
“石墨烯自旋电子学以及更广泛 2D 异质结构的不断进步，让自旋资讯的有效建立、传输与侦测能够透过许多效应（以往仅在石墨烯无法达成）做到。”曼彻斯特大学凝态物理（Condensed Matter Physics）讲师 Ivan Vera Marun 博士指出：“随着在基础和技术方面的不断努力，我们相信，即使在室温下，弹道自旋传输（Ballistic Spin Transport）也将在 2D 异质结构实现。这种传输将使电子波函数（Electron Wave Function）的量子力学特性得以实际应用，进而将 2D 材料中的自旋引进至未来量子运算技术的服务。”
可控自旋传输与“凡德瓦”异质结构加速自旋电子的应用发展与前景
石墨烯和其他二维材料中的可控自旋传输，使元件应用前景愈来愈看好。特别受关注的是量身定制的“凡德瓦”（van der Waals，vdW）异质结构，由有精确控制顺序的二维材料堆叠所组成。数十亿个自旋电子元件，例如感测器和内存早已付诸生产。每台硬盘机都有一个使用自旋流的磁性感测器，同时磁性随机存取内存（MRAM）芯片也愈来愈流行。
“自旋电子学领域揭示了固态物质行为的许多新面向。带有电子自旋运动的基础研究已经成为凝态物理学中最活跃的领域之一。”论文共同作者 Francisco Guinea 教授表示：“自 2004 年拓扑绝缘体（Topological Insulator）概念提出后，针对具非凡拓扑电磁特性的新型量子材料辨识与特征化，一直都是全球研究的热点。自旋电子学即为此项研究的核心。由于纯度、强度和简单性，2D 材料是找到与量子物理学、电子学和磁学相关等独特拓扑特征的最佳平台。”
总体而言，石墨烯和 2D 材料相关的自旋电子学领域，目前正朝实机展示各种实用石墨烯自旋电子元件（如用于空间通讯、高速无线电链路、车用雷达和芯片间通讯应用等领域的耦合奈米振荡器）方向发展。先进材料可说是曼彻斯特大学的研究指标之一，涉及正在解决地球重大问题的开拓性发现、跨学科合作和跨域合作范例。
- Progressing Electronics Beyond Moore’s Law With Graphene and 2D Materials
（首图来源：曼彻斯特大学）
