Nyt spin på grafen

(PhysOrg.com) - University of Manchester forskere har fundet en måde at gøre undermateriale grafen magnetisk, åbner en ny række muligheder for verdens tyndeste materiale inden for spintronics.

Et team ledet af professor Andre Geim, modtager af Nobelprisen i 2010 for grafen, kan nu vise, at elektrisk strøm - en strøm af elektroner - kan magnetisere grafen.

Resultaterne, rapporteret i Videnskab , kunne være et potentielt stort gennembrud inden for spintronics.

Spintronics er en gruppe nye teknologier, der udnytter elektronens egen spin, ud over dens grundlæggende elektriske ladning, der udnyttes i mikroelektronik.

Milliarder af spintronics -enheder som sensorer og erindringer produceres allerede. Hver harddisk har en magnetisk sensor, der bruger en strøm af spins, og magnetiske random access memory (MRAM) chips bliver stadig mere populære.

Resultaterne er en del af en stor international indsats, der involverer forskergrupper fra USA, Rusland, Japan og Holland.

Nøglefunktionen for spintronics er at forbinde elektron -spin til elektrisk strøm, da strøm kan manipuleres ved hjælp af rutiner, der rutinemæssigt bruges i mikroelektronik.

Det menes, at i fremtidige spintronics -enheder og transistorer, koblingen mellem strøm og spin vil være direkte, uden at bruge magnetiske materialer til at injicere spins, som det gøres i øjeblikket.

Indtil nu, denne rute er kun blevet påvist ved hjælp af materialer med såkaldt spin-orbit-interaktion, hvor små magnetiske felter skabt af kerner påvirker elektroners bevægelse gennem en krystal. Effekten er generelt lille, hvilket gør det svært at bruge.

Forskerne fandt en ny måde at forbinde spin og ladning ved at anvende et relativt svagt magnetfelt på grafen og fandt ud af, at dette forårsager en strøm af spins i retningen vinkelret på elektrisk strøm, fremstilling af et grafenark magnetiseret.

Effekten ligner den, der skyldes spin-orbit-interaktion, men er større og kan indstilles ved at variere det eksterne magnetfelt.

Manchester -forskerne viser også, at grafen placeret på bornitrid er et ideelt materiale til spintronics, fordi den inducerede magnetisme strækker sig over makroskopiske afstande fra den nuværende vej uden henfald.

Teamet mener, at deres opdagelse giver mange muligheder for at redesigne nuværende spintronics-enheder og lave nye, såsom spin-baserede transistorer.

Professor Geim sagde:"Spintronics hellige gral er omdannelse af elektricitet til magnetisme eller omvendt.

"Vi tilbyder en ny mekanisme, takket være grafens unikke egenskaber. Jeg forestiller mig, at mange steder i spintronics kan drage fordel af dette fund. "

Antonio Castro Neto, en fysikprofessor fra Boston, der skrev en nyhedsartikel til Videnskab magasinet, der ledsager forskningsartiklen, kommenterede:"Graphene åbner døre for mange nye teknologier.

"Ikke overraskende, Nobelfysikprisen i 2010 blev tildelt Andre Geim og Kostya Novoselov for deres banebrydende eksperimenter i dette materiale.

"Tilsyneladende ikke tilfredse med det, de har opnået indtil nu, Geim og hans samarbejdspartnere har nu demonstreret en anden helt uventet effekt, der involverer kvantemekanik under omgivende forhold. Denne opdagelse åbner et nyt kapitel for grafens korte, men rige historie ".