Graphene origami åbner for nye spintronics -funktioner

(Phys.org) - På trods af grafens mange imponerende egenskaber, dens mangel på en bandgap begrænser dens anvendelse i elektroniske applikationer. I en ny undersøgelse, forskere har teoretisk vist, at der kan åbnes et bånd i grafen ved at folde 2D-grafenark i origami-stil og udsætte dem for et magnetfelt. Udover at åbne en bandgap, denne metode producerer også spin-polariseret strøm i grafenarkene, gør dem attraktive til spintronics -applikationer.

Forskerne, A. T. Costa, et al., fra institutioner i Brasilien, Irland, Singapore, og USA, har offentliggjort deres papir om grafen origami i et nyligt nummer af EPL .

"Mens båndgapåbning og spin-polariserede strømme er to separate funktioner, der er indeholdt på ønskelisten for hver grafenforsker, vi har identificeret en måde, der kan sætte kryds i begge felter på én gang, "medforfatter Mauro Ferreira, Lektor ved Trinity College Dublin, fortalt Phys.org .

Da båndgabet er et energiområde, hvor der ikke eksisterer elektrontilstande, åbning af en båndgap i grafen omdanner det fra et ledende materiale til et halvledende materiale. Halvledende grafen ville være mere nyttigt, og kunne have særlig interessante applikationer til spintronics -enheder, som udnytter elektronens kvantemekaniske egenskab af spin ud over dets egenskab af elektrisk ladning.

En grund til at grafen er et lovende spintronics -materiale er, at sammenlignet med andre materialer, den har en ekstremt lille spin-orbit-interaktion (SOI). Dette betyder, at dets spin interagerer meget lidt med sin kredsløb, og derfor er spin -spredning praktisk talt ubetydelig i grafen. Som resultat, oplysninger, der er gemt i grafens spin, kan opbevares i betydeligt længere tid end i andre materialer. En lille SOI betyder også, at oplysningerne kan rejse over lange afstande med meget lille tab.

Selvom en lille SOI har mange fordele, her ønskede forskerne at øge SOI i dele af grafen, fordi det er nødvendigt for at åbne et båndgab. Nyere forskning har vist, at SOI forbedres, når grafen er mekanisk bøjet. Her, forskerne viste teoretisk, at et 2D grafenark formet til periodiske kamme og trug har en forbedret SOI i de buede områder.

Forøgelse af SOI er halvdelen af ​​processen til at fremkalde en båndgap; den anden halvdel anvender et magnetfelt. Som forskerne forklarer, SOI og magnetfelt supplerer hinanden på en sådan måde, at begge mængder skal forstærkes for at fremkalde et båndgab. Størrelsen af ​​båndgabet bestemmes i sidste ende af den mindste af disse to størrelser.

En måde at anvende et magnetfelt på er ved at dopingere grafen med magnetiske atomer. Doping er også en anden måde at forbedre SOI på, så hele processen kan potentielt opnås ved doping med de rigtige adsorbanter.

Denne metode har nogle fordele i forhold til tidligere forsøg på at åbne en båndgap i grafen. Indtil nu, tidligere metoder har undladt at producere teknologisk relevant halvledende grafen af ​​flere årsager, herunder at båndgapstørrelsen er for lille, og at lidelsen dukker op i systemet. Forskerne her forudsiger, at den nye metode kan overvinde disse vanskeligheder og endelig opnå nyttigt halvledende grafen.

Den anden vigtige effekt af den nye metode-at den spin-polariserer strømmen-betyder, at elektronernes spins er justeret i samme retning. Denne funktion er især vigtig for konstruktion af spintronics -enheder.

I deres nuværende undersøgelse, forskerne viste, at den nye proces let kan realiseres ved at deponere grafenark på et substrat med periodiske skyttegrave. I fremtiden, de planlægger at udføre målinger på den resulterende grafens elektriske egenskaber.

"Selvom vi har god eksperimentel kontrol med, hvordan grafenarkene foldes, at måle transportegenskaberne ved sådanne origami-lignende strukturer er stadig udfordrende, "Ferreira sagde." Det næste trin er at tilpasse nogle af transportmålingsteknikkerne til at håndtere strukturerne i denne nye geometri. "

© 2013 Phys.org. Alle rettigheder forbeholdes.