Centrifugeringen i grafen kan slås fra

Ved at kombinere grafen med et andet todimensionelt materiale, forskere ved Chalmers University of Technology har skabt en prototype af en transistorlignende enhed til fremtidige computere, baseret på det, der er kendt som spintronics. Spin som informationsbærer kan resultere i elektronik, der er betydeligt hurtigere og mere energieffektiv. Det kan også føre til mere alsidige komponenter, der kan både beregne data og lagre. Opdagelsen er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Naturkommunikation .

For godt to år siden, den samme forskergruppe ved Chalmers University of Technology demonstrerede, at grafen, som er en fremragende elektrisk leder, har også uovertrufne spintroniske egenskaber.

Det supertynde carbonnet viste sig i stand til at transportere elektroner med koordineret spin over længere afstande og bevare centrifugeringen i længere tid end noget andet kendt materiale ved stuetemperatur.

Selvom afstanden stadig er på skalaen på et par mikrometer og tiden stadig måles i nanosekunder, dette åbnede i princippet døren for muligheden for at bruge spin i mikroelektroniske komponenter.

"Men, det er ikke nok at have en god motorvej for at spin -signalet kan køre videre. Du har også brug for lyskryds, så signalet kan styres, "siger lektor Saroj Dash, leder af forskningsgruppen.

"Vores nye udfordring blev at finde et materiale, der både kan formidle og kontrollere spin. Det er svært, da begge opgaver normalt kræver helt modsatte materialegenskaber, "forklarer han.

Som mange andre forskere inden for det varme område af grafen, Chalmers -forskerne valgte derfor at teste en kombination af grafen og en anden tynd, såkaldt todimensionalt materiale, med kontrasterende spintroniske egenskaber.

"Vores foretrukne materiale var molybdendisulfid, MoS2, på grund af dets lave centrifugeringslevetid dampende fra høj spin-kredsløbskobling, "siger André Dankert, postdoc -forsker i gruppen.

André Dankert og Saroj Dash designede et eksperiment, hvor et par lag molybdendisulfid blev placeret oven på et lag grafen i en slags sandwich, kaldes en heterostruktur. Med dette, de kunne i detaljer identificere, hvad der sker med spinsignalet, når elektronstrømmen når heterostrukturen:

"For det første, størrelsen af ​​spinsignalet og levetiden i grafen reduceres tidoblet bare ved tæt kontakt med molybdendisulfid. Men, vi viser også, hvordan man kan styre signalet og levetiden ved at anvende elektrisk portspænding over heterostrukturen, "forklarer Saroj Dash.

Dette skyldes, at den naturlige energibarriere, der eksisterer mellem materialelagene, kaldet Schottky -barrieren, reduceres, når den elektriske spænding tilføres. Med dette, elektronerne kan kvantemekanisk tunnelere fra grafen til molybdendisulfid. Dette får spin -polarisering til at forsvinde; spin bliver tilfældigt fordelt.

Åbning eller lukning af en "ventil" på denne måde ved at regulere en spænding svarer til, hvordan en transistor fungerer i konventionel elektronik. Ikke desto mindre, Saroj Dash tøver lidt med at kalde enheden en spin -transistor.

"Da forskere foreslog fremtidige spin -transistorer, de forestillede sig ofte noget baseret på halvlederteknologi og såkaldt kohærent manipulation af elektronspin. Det, vi har gjort, fungerer på en helt anden måde, men udfører en lignende skifteopgave, " han siger.

"Det er første gang, at nogen har været i stand til at demonstrere, at portstyringen af ​​centrifugeringsstrøm og centrifugeringstid fungerer ved stuetemperatur - hvilket naturligvis øger mulighederne for forskellige applikationer i fremtiden, "siger Saroj Dash.

Selvom det er for tidligt at forudsige, hvad disse ville være, Dash påpeger, at en komponent baseret på dette princip kan være ekstremt alsidig, fordi den indeholder magnetiske hukommelseselementer, halvledere og grafen, samt have evnen til at udføre spintronic -omskiftning.

"Det peger på en multifunktionel komponent, der kan håndtere både datalagring og processorarbejde - i en enkelt enhed."

Fakta:Molybdendisulfid, MoS2

Molybdendisulfid er et halvledende stof, som mange er kommet i kontakt med, da det er den aktive ingrediens i en bestemt type smøremiddel, der sælges på din lokale tankstation.

Med sin lagdelte struktur, molybdendisulfid har ligheder med grafit, som består af flere lag grafen, der klæber sammen. Imidlertid, når det kommer til spintronics er materialerne hinandens modsætninger. Molybdendisulfid tillader ikke, at nogen polariseret elektronstrøm overhovedet passerer igennem. Spinsignalet møder en pludselig død, da elektronerne hurtigt vender tilbage til deres naturlige, tilfældig blanding af op-spin og ned-spin.

Fakta:Spin og spintronics

Spin er en kvantemekanisk egenskab for elektroner og andre elementære partikler. Spinnet rettes enten op eller ned. Fordelingen er normalt tilfældig.

Men, nogle gange har alle eller størstedelen af ​​elektronerne i et materiale deres spin orienteret i samme retning - op eller ned. Sådan opstår magnetisme.

Ved hjælp af magneter, en elektronstrøm kan homogeniseres-dvs. polariseres-så alle elektroner har up-spin, for eksempel. Strømmen siges derefter at bære et spin -signal.

Koordineret spin er følsom over for forstyrrelser og kan let gå tabt, men grafen har vist sig at være en leder, der tillader en strøm at rejse usædvanligt lang med sin spin intakt. Lang nok til at kunne bruge spinet som informationsbærer i fremtidige logiske komponenter - spintronics.