Spin levetid for elektroner i grafen øget med magnetiske felter

Forskere ved Chalmers University of Technology viser, at anvendelse af et moderat magnetfelt i planet øger spin-levetiden for elektroner i grafen. Resultaterne af dette arbejde har dybe konsekvenser for grafens brug som post-CMOS platform i spintronics, og yde et vigtigt bidrag til forståelsen af ​​fysik af 2D-materialer. Resultaterne er for nylig blevet offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Fysiske anmeldelsesbreve .

"Med dette arbejde har vi bidraget til at tilføje en brik til puslespillet om, hvorfor grafen i praksis ikke er så godt til spintronik, som en teori forudsiger. Vi skal fortsætte med at finde andre brikker i dette interessante puslespil" siger Sergey Kubatkin, professor i kvanteapparatfysik, på Chalmers.

Grafen er en af ​​de lovende kandidater i post CMOS platformen for spintronics, brugen af ​​elektronspin til informationsbehandling. Et praktisk krav til spintronics er at finde materialer, hvori elektronspin kan rejse over lange afstande uden forstyrrelser, det er, materialer med lang centrifugeringslevetid. I teorien, grafen er et ideelt materiale til dette på grund af dets høje bærermobilitet og evne til at bevare elektronspinningen intakt i millisekunder. Imidlertid, i ægte grafen er spin-levetiden i størrelsesordenen nanosekunder, det er, en uoverensstemmelse mellem teori og eksperiment på omkring 6 størrelsesordener.

Hvad begrænser spin-levetiden i rigtige grafenenheder? Det er spørgsmålet, som undersøgelsen behandler og i øjeblikket er et af de vigtigste gåder inden for grafenfysik. I en tidligere publikation i samme tidsskrift, udgivet i oktober 2011 (se link herunder), gruppen fremsatte ideen om, at spin-levetiden i grafen kan begrænses ved at sprede defekter i grafen, som opfører sig som magnetiske urenheder. Nu har holdet bevist denne idé direkte ved at anvende et moderat magnetfelt i planet og observeret en stigning i elektronspin-levetiden:magnetfeltet i planet fryser de magnetiske defekter, og forstyrrelserne af elektronspin i grafen undertrykkes.

For at undersøge disse effekter, forskere målte elektron -spin -afslapning via kvanteinterferenskorrektioner til elektrisk ledningsevne af grafen ved lave temperaturer. Denne kvantekorrektion ødelægges af svage vinkelrette magnetfelter og af den randomiserende effekt af temperatur, dog ses det eksperimentelt at forblive begrænset selv ved de laveste temperaturer. uventet, Indflydelsen af ​​in-plane-feltet på spin-levetiden var ikke-monotonisk:et meget svagt in-plane-felt har resulteret i et lille, men mærkbart fald i spin-levetiden, før det blev forstærket i et noget stærkere felt. Opførslen i det svage felt blev forstået ud fra et hidtil ukendt spindynamikbidrag til magnetotransport:feltet i planet tvinger præcession af både elektronspin og det magnetiske defektspin. Hvis de to roterer med samme hastighed og i samme retning, præcession har ingen effekt på elektronspin levetid. Imidlertid, hvis elektroner "ser" spindet af spredning af urenheder i tilfældig fase, elektronens spin-levetid falder.