在掺杂过渡金属的γ-石墨烯上制备亚纳米等距自旋阵列，用于实现超快自旋逻辑运算

《The Journal of Physical Chemistry Letters》：Subnanometer Equidistant Spin Arrays on Transition Metal-Doped γ-Graphyne for Ultrafast Spin Logic

自旋电子计算中，亚纳米级Fe-Co-Ni-Fe四元原子阵列精准锚定于γ-石墨烯纳米线（γ-GYNW），通过第一性原理动态模拟优化结构，实现0.7 nm周期量子限域自旋中心。该五节点自旋结构在皮秒尺度支持局域自旋翻转与长程自旋转移，光驱动双三进制逻辑操作保真度超91%，其均匀原子排列抑制电磁干扰与自旋退相干，扩展π共轭结构促进高效自旋通信，为超越传统CMOS的规模化自旋计算提供新范式。

　　

基于均匀自旋的架构对于确保信号完整性、最小化功耗以及实现可扩展制造至关重要。在此研究中，构建了一种亚纳米级别的等间距过渡金属（TM）原子（Fe、Co和Ni）阵列，这些原子精确地固定在γ-石墨烯纳米线（γ-GYNW）上，形成了具有0.7纳米空间周期性的量子限制自旋中心。通过第一性原理动力学模拟，系统地调节了这四种TM原子的种类和空间排列，并根据自旋密度的分布特征，选择了TM₄-γ-GYNW结构[TM₁(Fe), TM₂(Co), TM₃(Ni), TM₄(Fe)]进行进一步研究。有趣的是，自旋密度分布在五个特定位置表现出局部化特性：TM₁(Fe)、TM₂(Co)、TM_2&3(Co&Ni)、TM₃(Ni)和TM₄(Fe)，从而形成了一个五功能节点结构。这种结构能够在皮秒时间尺度上实现局部自旋翻转和长距离自旋传输，利用这些超快且相干的自旋动力学特性，光驱动的二进制和三进制逻辑运算的准确率超过了91%。均匀的原子排列减少了电磁干扰并抑制了自旋退相干，而石墨烯的扩展π共轭结构则促进了高效的自旋通信。这种架构提供了一个超越传统CMOS范式的可扩展平台，为高密度、低功耗和容错的自旋计算提供了可行的路径。