相比于金属和半导体，由于碳材料中的自旋轨道耦合作用和超精细相互作用很弱，所以人们期待能够在碳基材料中得到更长的自旋寿命和扩散长度，从而实现大规模的自旋逻辑电路。研究者已经在石墨烯中观察到了超过100微米的自旋扩散长度，在碳纳米管中观察到了50微米的自旋扩散长度。

2006年，研究者用30纳米厚的FeNi合金作为铁磁性电极，加工了石墨烯局域自旋阀器件，在室温下观测到了大约10%的磁电阻；又有研究者在单层石墨烯上实现了非局域的自旋输运试验，发现在室温下单层石墨烯的自旋扩散长度约1.5～2微米，自旋寿命约100皮秒。石墨烯具有大的电子速度和长的自旋寿命，因而有很长的自旋扩散距离，易于实现大规模的自旋逻辑电路。1999年，研究者（Kazuhito Tsukagoshi、Bruce W.Alphenaar和Hiroki Ago）加工了多壁碳纳米管的局域自旋阀器件，并观察到了9%的磁电阻。在基于富勒烯的自旋阀和基于有机半导体T6的自旋阀中，也观察到了达30%的磁电阻。碳基自旋电子学在实现大规模自旋逻辑电路方面有着巨大的发展潜力。