在纳米尺度上实现电子技术的巨大飞跃

威特沃特斯兰德大学的研究人员已经找到了控制人类已知的最小电导体网络中的自旋输运的方法。

通过将稀土元素钆的纳米颗粒化学附着到碳纳米管上，研究人员发现，通过结合由其磁性引起的钆的自旋特性，可以增加纳米管中的电导率。明确地说，在电子转移介质中存在磁体会引入另一个自由度，这种自由度可以增强电子转移，但前提是要精确定制。

碳纳米管于1993年在日本发现，是宇宙中最薄的管子，由一个单个碳原子的圆柱体组成。在它被发现时它是革命性的，并且预计它可以取代电子电路中的硅，例如微芯片和计算机硬盘驱动器。

“碳纳米管以其携带大量电流的能力而闻名，它们非常强大。它们非常薄，但电子可以在它们中快速移动，速度高达千兆赫兹或太赫兹，当它们与纳米磁铁耦合时大大扩展了碳纳米管的功能，这是通过开发高速自旋电子设备推进现代技术所必需的，“Sitshephile Ncube说，他是Wits物理学院的博士生，也是该研究的第一作者。她的研究发表在周三(2018年5月23日)的科学报告中。

在她获得博士学位期间，Ncube与威特沃特斯兰德大学，约翰内斯堡大学和法国Paul Sabatier大学的研究人员合作。研究人员在碳纳米管表面化学附着钆纳米颗粒，以测试磁性是增加还是抑制电子通过系统的转移。用于询问磁性纳米颗粒对多壁碳纳米管网络的影响的测量在Wits的纳米级运输物理实验室(NSTPL)进行。该工厂致力于新型纳米电子产品，由NRF纳米技术旗舰项目发起。

“我们发现纳米管的电子传输中会读取磁性纳米粒子的影响。由于磁体的存在，电子变为自旋极化，电荷转移取决于钆的磁性状态。钆的整体磁极相反排列，导致纳米管中的电阻更高，并减缓电子的流动。当磁极未对准时，它具有低电阻，并有助于电子传输，“Ncube说。这种现象被称为旋转阀效应，它在用于数据存储的硬盘驱动器的开发中得到广泛应用。

Ncube于2011年开始研究碳纳米管作为Wits School of Physics的硕士生，她通过建立激光合成技术制作单壁碳纳米管。她的工作导致在该领域发表各种研究论文，是在CSIR国家激光中心租赁池计划的仪器上进行的。她也是非洲第一个研究电子器件的研究人员，该电子器件可以测量与磁性纳米粒子偶联的碳纳米管的电子转移特性。她获得了DST-NRF强材料卓越中心的资助。

“Ncube的研究确立了碳纳米管在超快速开关设备和磁记忆应用方面的巨大潜力，这是自2009年NSTPL设施建立以来我们一直在努力实现的，”Ncube的博士生导师Somnath Bhattacharyya教授说。“到目前为止，改性纳米管已经证明了由单个纳米管制成的器件的良好自旋输运。这是我们第一次在纳米管网络中证明了自旋介导的电子传输，而没有结合磁导线。” 该项目是NRF纳米技术旗舰计划中列出的目标的一部分。