2025年，来自荷兰的一组科学家在量子技术领域取得了重大突破，研发出无需笨重磁铁且可在室温下运行的超薄设备。这项发现为创建紧凑、快速且节能的技术开辟了新的视野。
这项发表在《自然通讯》上的研究证实了在石墨烯中存在量子自旋霍尔（QSH）效应，而无需外部磁场。这种效应与被称为自旋的电子量子力学性质有关，允许使用自旋电子器件传输和处理信息。
在实验中，科学家们使用了磁性石墨烯，并将其与反铁磁材料CrPS₄分层。这种组合改变了石墨烯的内部特性，导致了自旋-轨道和交换相互作用，这对于形成拓扑保护的边缘态至关重要。这些状态确保电子沿材料边缘无电阻地移动，其自旋方向相反——这就是量子自旋霍尔效应。
此前，创建此类设备面临重大挑战，因为控制电子自旋需要强大的磁场和极低的温度。然而，新的研究表明，磁性可以在材料内部产生，通过与反铁磁CrPS₄的邻近效应。研究人员还指出，即使在室温下也能观察到稳定的自旋态，这使得该技术在实际应用中更具实用性。
这项突破验证了十年前的理论预测，表明石墨烯在特定条件下可以支持稳定的量子自旋态。其中一位研究人员强调，无需使用外部磁场即可创建量子自旋量子比特，为自旋电子学和拓扑物理学开辟了新的机遇。
量子自旋霍尔效应是一种现象，当导体中的电子暴露于垂直于电流的磁场时，会在相对的边缘经历不同的电势（霍尔电压）。这项发现为未来的自旋电子器件开辟了新的前景。