石墨烯在无需外部磁场的情况下实现量子电流的最新突破，主要涉及以下几个关键机制和实验发现：### 1. **非线性能斯特效应与热驱动电流** - 三层石墨烯中观察到零磁场下的非线性能斯特效应，其本质

量子物理学家Talieh Ghiasi首次在无需外加磁场条件下实现了石墨烯中的量子自旋霍尔效应（QSH）。该效应使得电子沿石墨烯边缘无耗散运动，且所有电子的自旋方向保持高度一致。Ghiasi解释道："自旋是电子的量子力学属性，类似于电子携带的微型磁矩，具有向上或向下的指向性。我们可以通过所谓的自旋电子器件，利用电子自旋实现信息的传输与处理。这类电路在下一代技术中潜力巨大，包括更快速、高能效的电子器件、量子计算和先进存储设备。"

片上集成突破

传统实现石墨烯量子输运通常需要施加与电子电路不兼容的强磁场。"特别是石墨烯中量子自旋流的检测始终依赖于难以实现片上集成的大磁场。因此，我们无需外磁场即可实现量子自旋流的突破，为未来量子自旋电子器件的应用开辟了新路径，"Ghiasi强调。

石墨烯自旋输运机制

Van der Zant实验室通过在石墨烯底层堆叠磁性材料CrPS₄，成功规避了对外部磁场的依赖。这种磁性层显著改变了石墨烯的电子特性，诱发出量子自旋霍尔效应。Ghiasi指出："我们观察到邻近CrPS₄会修饰石墨烯的自旋输运特性，使得电子流动呈现出与自旋方向相关的选择性。"

自旋信息的长程保持

研究团队在石墨烯-CrPS₄异质结中检测到"拓扑保护"的量子自旋流，这意味着自旋信号可在数十微米距离内无损传输。"这种拓扑保护的自旋流对无序和缺陷具有鲁棒性，即使在非理想条件下仍保持可靠，"Ghiasi解释道。无信息损耗的自旋信号保持技术对构建自旋电子电路至关重要。

该发现为基于石墨烯的超薄自旋电子电路铺平了道路，预示着下一代存储与计算技术的重大进步。实验观测到的石墨烯自旋流为通过电子自旋实现量子信息的高效相干传输提供了新途径。这类鲁棒的自旋电子器件可作为量子计算中的关键构件，在量子电路中实现量子比特的无缝连接。