自旋電子學突破：插入鈷層釋放石墨烯量子潛力

操縱電子自旋能使電子設備運行速度更快、能耗更少，然而生成、操縱材料自旋紋理仍存在挑戰。最近一個西班牙─德國研究團隊發現，鈷層能增強石墨烯與重金屬薄膜介面的相互作用，從而增強協同量子效應。

自旋電子學利用電子自旋特性來執行邏輯任務與資料儲存，這些設備速度、能耗方面優於傳統半導體。

石墨烯是一種由碳原子構成的二維蜂窩結構，也是自旋電子應用的有趣候選者。石墨烯通常沉積在重金屬薄膜上，兩者介面會產生強烈自旋軌道耦合，從而產生不同量子效應，包括能階的自旋軌域分裂（spin-orbit splitting，拉什巴效應）、反對稱交換作用（也稱賈洛申斯基─守谷相互作用），更特別的是需自旋傾斜效應來穩定渦旋狀自旋結構的斯格明子（Skyrmion）。

最近，一個西班牙─德國研究團隊發現當在石墨烯與重金屬（團隊實驗使用銥）薄膜之間插入單層鐵磁元素鈷，上述量子效應會明顯增強，有利於自旋電子學應用。

利用第三代同步加速器輻射源 BESSY II 分析石墨烯、鈷、銥介面的電子結構，德國亥姆霍茲柏林研究中心（HZB）團隊發現與預期相反，石墨烯不僅與鈷相互作用，還透過鈷與銥相互作用，或者說石墨烯和重金屬銥之間的相互作用由鐵磁鈷層介導，我們可以透過鈷單層數量來影響自旋傾斜效應。

研究結果表明，石墨烯的量子潛力能藉由鈷增強，此種石墨烯異質結構對下一代自旋電子裝置來說具巨大潛力。