Styring af magnetiske skyer i grafen

(Phys.org) — Vidundermateriale grafen kan gøres magnetisk og dets magnetisme tændes og slukkes ved et tryk på en knap, åbne en ny vej mod elektronik med meget lavt energiforbrug.

I en rapport offentliggjort i Naturkommunikation , et team fra University of Manchester ledet af Dr. Irina Grigorieva viser, hvordan man skaber elementære magnetiske momenter i grafen og derefter tænder og slukker for dem.

Dette er første gang magnetisme i sig selv er blevet slået til, snarere end at magnetiseringsretningen vendes.

Det moderne samfund er utænkeligt uden brug af magnetiske materialer. De er blevet en integreret del af elektroniske gadgets, hvor enheder inklusive harddiske, hukommelseschips og sensorer anvender magnetiske miniaturekomponenter. Hver mikromagnet gør det muligt at lagre en smule information ('0' eller '1') som to magnetiseringsretninger ('nord' og 'syd'). Dette område af elektronik kaldes spintronics.

Trods store fremskridt, en stor skuffelse ved spintronics har hidtil været dens manglende evne til at levere aktive enheder, hvor skift mellem nord- og sydretningen sker på en måde svarende til den, der bruges i moderne transistorer. Denne situation kan ændre sig dramatisk på grund af den seneste opdagelse.

Grafen er en kyllingetråd lavet af kulstofatomer. Det er muligt at fjerne nogle af disse atomer, hvilket resulterer i mikroskopiske huller kaldet ledige stillinger. Manchester-forskerne har vist, at elektroner kondenserer omkring disse huller til små elektroniske skyer, og hver af dem opfører sig som en mikroskopisk magnet, der bærer en enhed magnetisme, spin.

Dr. Grigorieva og hendes team har vist, at de magnetiske skyer kontrollerbart kan spredes og derefter kondenseres tilbage.

Hun forklarer:"Dette gennembrud giver os mulighed for at arbejde hen imod transistorlignende enheder, hvor information nedskrives ved at skifte grafen mellem dets magnetiske og ikke-magnetiske tilstande. Disse tilstande kan udlæses enten på konventionel måde ved at skubbe en elektrisk strøm igennem eller, endnu bedre, ved at bruge et spinflow. Sådanne transistorer har været en hellig gral af spintronics."

Dr Rahul Nair, hvem ledede den eksperimentelle indsats, kommentarer "Tidligere, man kunne kun ændre en retning, hvori en magnet magnetiseres fra nord til syd. Nu kan vi tænde og slukke for magnetismen helt.

"Graphene tiltrækker allerede interesse i form af spintronics-applikationer, og jeg håber, at den seneste opdagelse vil gøre den til en frontløber."

Nobelpristager og medforfatter af papiret Professor Andre Geim tilføjede:"Jeg spekulerer på, hvor mange flere overraskelser grafen har i vente. Denne er kommet ud af det blå. Vi må vente og se i et par år, men den omskiftelige magnetisme kan muligvis føre til en effekt, der overstiger de fleste optimistiske forventninger."

Professor Antonio Castro Neto, Direktør for Graphene Research Center i Singapore og medforfatter til rapporten, sagde:"Dette arbejde åbner dørene for nye magnetiske enheder, der er atomisk tynde og let kan styres eksternt ved anvendelse af almindelige elektriske felter. Disse nye enheder kan inkorporeres i elektroniske kredsløb for at skabe funktionaliteter til kontrol af magnetisme og ladning. som ikke eksisterede før. De forener magnetiske minder med elektriske kredsløb. Det er et sandt gennembrud."