基于美國空軍開發(fā)現(xiàn)場充電最少的技術(shù)設(shè)備需要，德克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校(UTSA)正在利用量子科學(xué)和工程原理，建造一種基于石墨烯的邏輯設(shè)備。

這項新技術(shù)將提高從手機(jī)到電腦等依賴電池的設(shè)備能源效率。UTSA電氣工程助理教授伊森?安(Ethan Ahn)表示：我們正在開發(fā)幾乎不需要電池就能運(yùn)行的設(shè)備。UTSA工程師們正在使用自旋電子學(xué)，即研究電子內(nèi)在量子力學(xué)特性的自旋學(xué)，使低功耗操作成為可能，并在量子計算中得到應(yīng)用。

博科園：電子是一種很小但非常強(qiáng)的磁鐵，想象一下，一個電子繞著它自己的軸旋轉(zhuǎn)，向上或向下。傳統(tǒng)技術(shù)設(shè)備使用電子電荷來發(fā)電。在自旋電子學(xué)中，研究人員正在利用電子固有的自旋作為一種新能量來源。用這種新方法，設(shè)備將需要更少的電子來運(yùn)作。然而，利用自旋的力量也有一些障礙。在利用電子自旋來傳輸信息的量子計算中，研究人員面臨的挑戰(zhàn)是如何盡可能有效地捕獲自旋。如果有100個電子注入通道來驅(qū)動下一個邏輯電路。

可能只能使用一兩個自旋，因?yàn)樽⑷胄史浅５停@是98%的自旋損失。為了防止自旋損失，Ahn提出了利用納米材料作為自旋輸運(yùn)通道和隧道屏障的“零功率碳互連”新思路。這些納米材料就像一張紙，一個只有幾納米厚度的二維碳原子層，是自旋注入設(shè)備的接觸點(diǎn)，原型是一個用還原氧化石墨烯層構(gòu)建的互連體。這很新穎，因?yàn)檎谑褂檬环N納米材料，來增強(qiáng)自旋注入。通過控制石墨烯層上氧化物的數(shù)量，可以微調(diào)電子的導(dǎo)電性。

石墨烯具有廣泛的吸引力，因?yàn)樗鞘澜缟献顝?qiáng)的納米材料。事實(shí)上，石墨烯室溫電導(dǎo)率高于任何其他已知材料。如果成功的話，和在德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校和密歇根州立大學(xué)的合作者正在創(chuàng)造零功率碳互連將被集成到計算機(jī)芯片的邏輯組件中。該設(shè)備一旦研發(fā)成功，將提交給美國空軍科學(xué)研究辦公室，該辦公室正在用一筆為期三年的撥款支持UTSA研究工作。軍方需要更小的設(shè)備，可以在不需要充電的情況下在偏遠(yuǎn)地區(qū)作業(yè)。如果零功耗碳互連成功。

將提高石墨烯自旋子的效率——這是推進(jìn)下一代低功耗電子產(chǎn)品(如量子計算)的關(guān)鍵一步。這種互聯(lián)也可能對云計算行業(yè)大有裨益，根據(jù)數(shù)據(jù)知識中心的數(shù)據(jù)，僅亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等按需云計算平臺就消耗了全國約2%的能源。如果“零能耗碳互連”取得成功，像Netflix或host data這樣提供流媒體服務(wù)的云服務(wù)器就可以運(yùn)行得更快、耗電量更少。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自:?德克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校/Milady Nazir

參考期刊文獻(xiàn):《Nature Astronomy?》

DOI: 10.1038/s41550-019-0723-1

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