观察石墨烯中与电子自旋过程中的非线性运动，可以更轻松地传输，操纵和检测自旋以及电荷的转换。它还允许进行模拟操作，例如幅度调制和自旋放大。这使自旋电子学达到了引入第一个晶体管后常规电子学的水平。格罗宁根大学物理学家的这些结果发表在12月17日的《物理评论》上。

自旋电子学是一种电子类型的电子，它利用电子的自旋（磁矩可以具有“上”或“下”的值）来传输信号。二维碳材料石墨烯中的自旋输运极好；但是，旋转操作不是。这需要添加铁磁体（用于自旋注入和检测）或具有高自旋轨道耦合的重原子材料，从而可以控制自旋。

格罗宁根大学的科学家现在表明，使用2D氮化硼可以实现特定于电子自旋的非线性效应。以前，他们已经表明，通过氮化硼双层注入电流并施加较小的DC偏置电流会导致非常高的自旋极化，这意味着自旋向上和向下旋转的次数之间存在很大差异。他们现在表明，极化的增加可以归因于影响电子自旋的非线性过程。

非线性意味着两个自旋信号相乘而不是相加（这将是线性效应）。此外，在非线性状态下，无需使用铁磁体即可测量自旋信号。

早些时候，在典型的石墨烯自旋电子器件中，所有这些作用要么不存在，要么非常微弱。格罗宁根大学前博士后研究员，该论文的第一作者，悉达多·奥马尔（Siddhartha Omar）表示：“所有这些都是由于这种非线性效应，它随偏置电流成比例增加。” 极化率甚至可以达到100％。由于它是非线性的，因此在注入该电流时，您在注入过程中付出的代价会越来越小。”

这项研究中，格罗宁根大学泽尼克先进材料研究所纳米器件物理小组的Omar及其同事展示了非线性效应在基本模拟操作中的应用，例如纯自旋信号上幅度调制的基本要素。我们相信这可以用于在更大的距离上传输旋转。更大的自旋信号也使自旋电荷转换更加容易，这意味着我们不再需要铁磁体来检测它们。

调制自旋信号而不只是打开或关闭自旋信号的能力还使构建自旋电子器件变得更加容易。奥马尔：“它们可以用于基于自旋的神经形态计算中，该计算使用的开关可以具有一定范围的值，而不仅仅是0或1。” 创建自旋电流放大器似乎也是有可能的，该放大器可以在较小的偏置电压下产生较大的自旋电流。奥马尔说：“它可能已经存在了，但我们仍然必须证明这一点。”

所有这些影响都是在低温和室温下进行测量的，可用于高级自旋电子学领域的非线性电路元件等应用中。自从第一批晶体管问世以来，Spintronics便处在常规电子产品的时代，我们现在可以制造出真正的自旋电子设备了。