威特沃特斯兰德大学(Wits)的研究人员已经找到了控制自旋传输网络的方法，该网络是人类所知的最小的电导体。
通过化学方法将稀土元素钆的纳米粒子附着在碳纳米管上，研究人员发现，纳米管中的导电性可以通过加入钆的自旋特性来提高，这种自旋特性源于其磁性。简单地说，在电子转移介质中磁铁的存在引入了另一个增强电子转移的自由度，但只有在精确地定制的情况下才行。
碳纳米管是1993年在日本发现的，是宇宙中最薄的管，由单个碳原子组成的圆柱体。在它被发现的时候，它是革命性的，人们期望它可以取代硅在电子电路中，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。它们很薄，但电子可以在其中快速移动，速度可达千兆赫或太赫兹，当与纳米磁铁耦合时，它们极大地扩展了碳纳米管的功能，这是通过发展高速自旋电子器件来推进现代技术所必需的，”威斯特物理学院的博士生、该研究的主要作者Siphephile Ncube说。她的研究发表在2018年5月23日的《科学报告》上。
在博士期间，Ncube与来自威特沃特斯兰德大学、约翰内斯堡大学和法国保罗·萨巴蒂尔大学的研究人员团队合作。研究人员用化学方法将钆纳米颗粒附着在碳纳米管的表面，以测试磁性是否增加或抑制电子通过该系统的转移。在威茨大学的纳米尺度传输物理实验室(NSTPL)，对磁性纳米粒子对多壁碳纳米管网络的影响进行了测量。该设施致力于新型纳米电子学，由NRF纳米技术旗舰项目发起。
“我们发现，磁性纳米颗粒的影响在纳米管的电子传输中被读出。由于磁铁的存在，电子自旋极化，电荷转移依赖于钆的磁态。当钆的整体磁极反向排列时，它会在纳米管中产生更高的电阻，减慢电子的流动。当磁极错位时，它的电阻很低，有助于电子传输，”Ncube说。这种现象被称为自旋阀效应，它在用于数据存储的硬盘驱动器的开发中得到广泛应用。
2011年，作为威斯特物理学院的研究生，Ncube开始了她对碳纳米管的研究，在那里，她通过建立激光合成技术制作了单壁碳纳米管。她的工作，导致了在该领域发表的各种研究文章，是在CSIR国家激光中心租赁池计划的仪器上进行的。她也是非洲第一个建造电子设备的研究人员，该设备可以测量碳纳米管与磁性纳米颗粒耦合的电子转移特性。她得到了DST-NRF强材料卓越中心的资助。
Ncube的博士生导师Somnath Bhattacharyya教授说:“Ncube的研究奠定了碳纳米管在超快开关设备和磁存储应用方面的巨大潜力，这是我们自2009年国家科学与技术实验室设施建立以来一直致力于实现的目标。”“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具有良好的自旋传输能力。这是我们第一次在不掺杂磁性引线的纳米管网络中证明自旋介导的电子输运。”
更多信息请联系Siphephile Ncube, Wits物理学院，530659 @students.wits.ac.za，www.wits.ac.za
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