基于2025年最新研究进展，石墨烯在无外部磁场条件下实现量子电流的突破主要体现在以下机制和应用中：### 1. **量子自旋霍尔效应（QSH）的零场实现**通过将石墨烯与层间反铁磁材料CrPS4构建范

量子物理学家Talieh Ghiasi首次在不使用任何外部磁场的条件下，在石墨烯中实现了量子自旋霍尔（QSH）效应。该效应使电子沿着石墨烯边缘无耗散运动，且所有电子的自旋方向保持一致。Ghiasi解释道："自旋是电子的量子力学特性，类似于电子携带的微型磁体，可以朝上或朝下。我们可以利用电子自旋在自旋电子器件中传输和处理信息。这种电路有望应用于下一代技术，包括更快速、更高能效的电子设备、量子计算和先进存储器。"

片上集成突破

实现石墨烯的量子输运通常需要施加与电子电路不兼容的强磁场。"特别是石墨烯中的量子自旋电流检测一直需要难以集成到芯片上的强磁场。而我们无需外部磁场即可实现量子自旋电流，这为未来量子自旋电子器件的应用开辟了新路径。"Ghiasi强调。该团队通过将石墨烯与磁性材料CrPS₄堆叠，利用界面磁性诱导的自旋轨道耦合作用，成功规避了对外部磁场的依赖。

石墨烯自旋输运机制

Van der Zant实验室的研究人员发现，CrPS₄磁性层显著改变了石墨烯的电子特性：石墨烯中电子的运动方向与其自旋方向呈现强关联性。Ghiasi指出："邻近的CrPS₄使石墨烯自旋输运发生重构，电子流动方向取决于自旋指向。"这种效应源于磁性界面打破时间反演对称性，同时保持体能隙中非零陈数的拓扑特征。

自旋信息的稳定传输

实验观测到的拓扑保护自旋电流可在数十微米距离内保持自旋信息无损传输。Ghiasi表示："这种拓扑特性使自旋电流对材料缺陷和界面无序具有鲁棒性，即使在不完美条件下也能可靠工作。"该特性解决了传统自旋电子器件中自旋弛豫导致信号衰减的关键难题，为构建稳定自旋电路奠定基础。

此项突破为基于石墨烯的超薄自旋电子电路开辟了新方向，预示着新一代存储与计算技术的革新。研究者发现的拓扑自旋电流为通过电子自旋实现量子信息高效相干传输提供了新途径，这类鲁棒性器件有望成为量子计算中连接量子比特的关键元件。