传统的电子产品处理电学信号依赖于对电荷的控制。最近，研究人员一直在探索自旋电子这一新技术的潜力，主要原理是检测和控制粒子的自旋。这项技术可能会带来新型更高效、更强大的器件。
近期在应用物理快报（Applied Physics Letters）上发表的一篇论文中，研究人员测量发现，电荷载体自旋与金刚石中的磁场具有很强的相互作用。这一重要特性表明，金刚石是一种非常有前景的自旋电子器件材料。
图 在氢等离子体中进行表面终止处理的金刚石板
澳大利亚拉筹伯大学的物理学家Golrokh Akhgar说，与典型的半导体材料相比，金刚石更容易处理和制成自旋电子器件。常规量子器件主要基于多个半导体薄层，需要早超高真空中进行精细工艺的制造。
Akhgar说：“金刚石是非常好的绝缘体。但是，当暴露于氢等离子体时，金刚石将氢原子结合到其表面中。当氢化金刚石与潮湿的空气接触时，表面会形成一层薄薄的水，使其变得具有导电性，从金刚石中吸引电子。金刚石表面缺失的电子表现为带正电荷的粒子，称为空穴，使表面导电。”
研究人员发现，这些空穴有许多自旋电子学的性质。最重要的性质是称为自旋轨道耦合的相对论效应，其中电荷载体的自旋与其轨道运动相互作用。强耦合使研究人员能够用电场来控制粒子的自旋。
在以前的研究中，研究人员测量了空穴的自旋轨道耦合在磁场中可达到的强度。研究还表明，外部电场可以调整耦合的强度。
在最近的实验中，研究人员测量了空穴的自旋与磁场的相互作用。对于这种测量，研究人员在低于4开尔文的温度下应用了与金刚石表面平行的不同强度的恒定磁场。他们还同时应用稳定变化的垂直场。通过监测金刚石的电阻变化情况确定了g因子。这个数值可以帮助研究人员控制未来用于磁场环境的器件的自旋。
Akhgar说：“载体自旋与电场和磁场的耦合强度是自旋电子学的核心，我们现在拥有两个关键参数，用于通过电场或磁场控制金刚石导电表层的自旋。”
此外，金刚石是透明的，所以它可以用到可见光或紫外线光学器件中。含有氮原子的氮空穴金刚石与其晶体结构中缺失的碳原子配对 - 显示出量子位或量子位的前景，这是量子信息技术的基础。能够操纵旋转并将其用作量子比特可能会使其具有用于更多器件的潜力。
Golrokh Akhgar，Daniel L. Creedon，Laurens H.Willems van Beveren，Alastair Stacey，David I.Hoxley，Jeffrey C.Mcallum，Lothar Ley，Alex R.Hamilton，Christopher I.Pakes.G-factor and well width variations for the表面导电金刚石中的二维孔隙气体。应用物理快报，2018; 112（4）：042102 DOI：10.1063 / 1.5010800
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