Ny magnetisk grafen kan revolutionere elektronik

Forskere fra IMDEA-Nanociencia Institute og fra Autonoma og Complutense Universiteterne i Madrid (Spanien) har formået at give grafen magnetiske egenskaber. Gennembruddet, offentliggjort i tidsskriftet Naturfysik , åbner døren til udviklingen af ​​grafen-baserede spintroniske enheder, det er, enheder baseret på elektronens spin eller rotation, og kunne transformere elektronikindustrien.

Forskere var allerede klar over, at grafen, et utroligt materiale dannet af et net af sekskantede carbonatomer, har ekstraordinær ledningsevne, mekaniske og optiske egenskaber. Nu er det muligt at give det endnu en egenskab:magnetisme, betyder et gennembrud inden for elektronik.

Dette afsløres i den undersøgelse, som Madrid Institute for Advanced Studies in Nanoscience (IMDEA-Nanociencia) og Autonoma Autonomous (UAM) og Complutense (UCM) universiteterne i Madrid netop har offentliggjort i Naturfysik tidsskrift. Forskere har formået at skabe en hybrid overflade af dette materiale, der opfører sig som en magnet.

"På trods af den enorme indsats, som videnskabsmænd over hele verden har gjort indtil nu, det har ikke været muligt at tilføje de magnetiske egenskaber, der kræves for at udvikle grafenbaseret spintronik. Men disse resultater baner vejen for denne mulighed, " fremhæver prof. Rodolfo Miranda, Direktør for IMDEA-Nanociencia.

Spintronik er baseret på elektronens ladning, som i traditionel elektronik, men også på sit spin, som bestemmer dets magnetiske moment. Et materiale er magnetisk, når de fleste af dets elektroner har samme spin.

Da spin kan have to værdier, dens brug tilføjer yderligere to tilstande til traditionel elektronik. Dermed, både databehandlingshastigheden og mængden af ​​data, der skal lagres på elektroniske enheder, kan øges, med applikationer inden for områder som telekommunikation, computer, energi og biomedicin.

For at udvikle en grafen-baseret spintronisk enhed, udfordringen var at 'magnetisere' materialet, og forskere fra Madrid har fundet vejen gennem kvante- og nanovidenskabsverdenen.

Teknikken går ud på at dyrke en ultra perfekt grafemfilm over en ruthenium-enkeltkrystal inde i et ultrahøjvakuumkammer, hvor organiske molekyler af tetracyano-p-quinodimethan (TCNQ) fordampes på grafemoverfladen. TCNQ er et molekyle, der fungerer som en halvleder ved meget lave temperaturer i visse forbindelser.

Ved observation af resultater gennem et scanning tunneling mikroskop (STM), videnskabsmænd var overraskede:organiske molekyler havde organiseret sig og var jævnligt fordelt over hele overfladen, interagerer elektronisk med grafen-ruthenium-substratet.

"Vi har bevist i eksperimenter, hvordan strukturen af ​​TCNQ-molekylerne over grafen opnår magnetisk rækkefølge i lang rækkevidde, med elektroner placeret i forskellige bånd i henhold til deres spin, " præciserer prof. Amadeo L. Vázquez de Parga.

I mellemtiden hans kollega prof. Fernando Martin har udført modelleringsundersøgelser, der har vist, at selvom grafen ikke interagerer direkte med TCNQ, det tillader en højeffektiv ladningsoverførsel mellem substratet og TCNQ-molekylerne og tillader molekylerne at udvikle magnetisk rækkefølge i lang rækkevidde.

Resultatet er et nyt grafenbaseret magnetiseret lag, som baner vejen for skabelsen af ​​enheder baseret på det, der allerede blev betragtet som fremtidens materiale, men som nu også kan have magnetiske egenskaber.