在本周发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究中，由杜克大学化学教授Michael Therien领导的来自杜克大学和魏茨曼研究所的研究人员组成的一个团队报告了自旋电子学领域的一项关键成就：他们开发了一种可以控制电子自旋并能在长距离传输自旋电流的导电系统，而且它不需要典型自旋导体所需的超低温。

电子就像旋转的陀螺一样。自旋向上的电子顺时针旋转，自旋向下的电子逆时针旋转。具有相反自旋的电子可以占据相同的体积，但是以相同方向自旋的电子会互相排斥，就像具有相同极性的磁铁一样。通过控制电子沿电流旋转的方式，科学家可以将一层新的信息编码成电信号。

自旋电子设备不是简单地以二进制的方式打开和关闭电容器，它还可以根据电子的自旋来发送信号，而自旋向上和自旋向下可能意味着不同的东西。杜克大学化学和物理学教授、该论文的合著者David Beratan说：“由于自旋可以向上或向下，这是一种传统电子设备无法获取的二进制信息。”

普通器件里电流由相同数量的自旋向上和自旋向下的电子组成。在室温下，产生一个主要由单一自旋组成的电流是很有挑战性的。现在，Therien教授和他的团队开发了一种策略来构建分子导体，它能使电子保持一致，可确保所有电子都和谐地旋转，并沿着自旋方向长距离地传播，这使信号在室温下可以高保真地传输。

Beratan教授说：“这完全取决于自旋极化的持久性。这些自旋被推挤在一起，它们与周围的分子相互作用，并会与附近的任何物质发生相互作用，这些作用会翻转它们。在我们的系统中，它们的自旋方向会持续很长时间和能保持很长的距离。它们能保持一致。”

他们通过使用一类被称为手性分子的特殊分子，它可以将沿错误方向旋转的电子从系统中滤除。手性分子是一种具有“手性”的分子，就像我们的左右手一样，这些分子是彼此的镜像，但它们不会重合在一起。它们可以是“左手”的或“右手”的，并且它们的“左手”可以用来作为电子自旋的过滤器。就像如果你停止朝正确的方向上行走，你会被从跑步机上弹出一样，与分子旋向相反旋转的电子会被过滤掉。

Therien教授和他的团队之前开发了一种叫做“分子线”的结构，这种结构分子像雏菊一样以金属丝的方式相互连接，可以很容易地传播电荷。在这项新研究中，该团队操纵了这些分子线并添加了手性元素，从而获得了一个系统，该系统不仅可以以非常低的电阻传输电荷，而且可以通过迫使所有电子都以相同方式旋转来传输相同自旋的电荷。

Therien说：“我们首次将电荷传播和自旋极化功能整合在同一条分子线上”。这些分子线在室温下传输自旋的事实使它们有望用于新技术的发展。他说道：“在不退相的情况下，有选择性地在室温下长距离传输自旋，为更广泛的设备提供了机会。这可能对量子信息科学是很重要的。”

魏茨曼研究所Ron Naaman教授的实验室基于Therien教授的分子技术构建了能控制电子自旋并能在长距离传输自旋电流的导电设备。他说，这些系统实现的自旋选择性传输为编码和传输信息提供了巨大的潜力。

Beratan教授说：“用液氮来冷却你的电脑并不是很实用。如果我们能在室温下有效地处理自旋，那将是该技术在实际应用上的一个突破。”（编译:Qtech）