传统的电子设备依赖于控制电荷。最近，研究人员一直在探索一种新技术的潜力，这种技术称为自旋电子学，它依赖于检测和控制粒子的旋转。这项技术可以带来新型更高效，更强大的设备。

在AIP出版社发表在应用物理快报上的一篇论文中，研究人员测量了电荷载体的自旋与金刚石中的磁场相互作用的强度。这一重要特性表明，钻石是一种有前途的自旋电子器件材料。

钻石很有吸引力，因为它比典型的半导体材料更容易加工和制造自旋电子器件，澳大利亚拉筹伯大学的物理学家Golrokh Akhgar说。传统的量子器件基于多个半导体薄层，这需要在超高真空中进行精细的制造工艺。

“钻石通常是一种非常好的绝缘体，”Akhgar说。但是，当暴露于氢等离子体时，金刚石将氢原子结合到其表面。当氢化金刚石被引入潮湿空气时，它变得导电，因为在其表面上形成薄的水层，从金刚石中吸取电子。金刚石表面缺失的电子表现得像带正电的粒子，称为孔，使表面导电。

研究人员发现，这些空穴具有许多适用于自旋电子学的特性。最重要的属性是称为自旋 - 轨道耦合的相对论效应，其中电荷载体的自旋与其轨道运动相互作用。强耦合使研究人员能够通过电场控制粒子的自旋。

在之前的工作中，研究人员测量了一个孔的自旋 - 轨道耦合可以用电场设计的强度。他们还表明，外部电场可以调节耦合强度。

在最近的实验中，研究人员测量了孔的自旋与磁场的相互作用程度。对于这种测量，研究人员在低于4开尔文的温度下应用了与金刚石表面平行的不同强度的恒定磁场。他们还同时应用了稳定变化的垂直场。通过监测钻石的电阻如何变化，他们确定了g因子。这个数量可以帮助研究人员利用磁场控制未来设备的旋转。

“载流子自旋与电场和磁场的耦合强度是自旋电子学的核心，”Akhgar说。“我们现在有两个关键参数，用于通过电场或磁场控制金刚石导电表面层中的自旋。”

另外，金刚石是透明的，因此它可以结合到以可见光或紫外光操作的光学装置中。氮空位钻石 - 含有氮原子与其晶体结构中缺少碳原子 - 显示出作为量子信息技术基础的量子比特或量子比特的前景。Akhgar说，能够操纵旋转并将其用作量子比特可能会导致更多具有未开发潜力的设备。