At skabe en ren spinstrøm i grafen

(PhysOrg.com) -- Grafen er et materiale, der har potentiale til en række fremtidige anvendelser. Forskere er interesserede i at bruge grafen til kvanteberegning og også som erstatning for elektronik. Imidlertid, for at realisere disse grafenapplikationer, en solid forståelse af, hvordan spinstrøm virker i grafen, er vigtig.

Et af målene er at opnå ren spinstrøm i grafen. "Ren spinstrøm er en spinstrøm med nul ladestrøm, hvilket betyder, at elektroner med forskellige spin bevæger sig i modsatte retninger, ” K S Chan fortæller PhysOrg.com via e-mail. Chan er professor ved City University of Hong Kong. Arbejder med Zijing Lin, en professor ved University of Science and Technology of China i Hefei, og, Qingtian Zhang, en studerende af CityU-USTC fælles ph.d. program, Chan studerede adiabatisk pumpning i grafen som en måde at generere spinstrøm på. Deres arbejde er udgivet i Anvendt fysik bogstaver :"Spin den nuværende generation ved adiabatisk pumpning i monolagsgrafen."

"Spinstrøm er et vigtigt værktøj til at studere spins i grafen, ” forklarer Chan. "Med spinstrøm, du kan skabe polarisering i en bestemt region, og du kan studere spindets opførsel i netop det område.” Chan påpeger, at spinstrøm er vigtig i udviklingen af ​​en grafenkvantecomputer. Derudover han påpeger, at grafen er det foretrukne materiale til spintronik, som nogle håber vil kunne erstatte elektronik.

"Spintronic-enheder menes at være hurtigere og forbruger mindre strøm end elektroniske enheder, ” fortsætter Chan. At forstå, hvordan spin fungerer i grafen, kan være en vigtig del af et gennembrud inden for spintronik. Chan og hans kolleger bruger en metode kaldet adiabatisk kvantepumpning til at generere spinstrøm til undersøgelse.

Chan beskriver teknikken:"[Adiabatisk pumpning] er et kvantefænomen, hvor en jævnstrøm genereres uden en jævnspænding. To vekselspændinger påføres grafenen, og en DC-ladestrøm kan genereres gennem adiabatisk kvantepumpning. Adiabatisk betyder, at spændingernes ændringshastigheder er meget langsomme sammenlignet med den hastighed, hvormed elektronerne bevæger sig gennem grafenstrukturen."

Oven i købet, holdet skabte asymmetri mellem elektroner med forskelligt spin ved hjælp af den ferromagnetiske nærhedseffekt. "En ferromagnetisk tynd film aflejres på grafen. Elektroner med forskellige spins under det ferromagnetiske lag vil have forskellige energier og reagerer derfor forskelligt på adiabatisk pumpning, " siger Chan. Som et resultat af disse forskellige svar, ren spinstrøm genereres, med forskellige spins, der bevæger sig i modsatte retninger. "Det, der er så specielt ved den nuværende metode, er, at en ren spinstrøm kan genereres ved en vis Fermi-energi uden et eksternt magnetfelt, hvilket er vigtigt for at lave enheder i nanostørrelse."

Grundlæggende arbejdet udført af Chan og hans kolleger viser, at det er muligt at generere ren spinstrøm i grafen uden magnetfelt. Dette kunne føre til mere praktiske anvendelser inden for kvanteberegning og måske, senere, spintronik. Det næste skridt, selvom, er at lære, hvordan spinstrøm kan detekteres.

"Spinstrøm er svær at opdage, ” forklarer Chan. "Det er ikke ligesom ladestrømmen, der let kan måles med et voltmeter." Han indrømmer, at der er andre vigtige spørgsmål, der skal undersøges vedrørende spin i grafen, men Chan påpeger dette:"For at udvikle grafen-spintroniske enheder, vi skal vide, hvordan man måler spinstrømmen i grafen."

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.