Blyøer i et hav af grafen magnetiserer fremtidens materiale

Forskere i Spanien har opdaget, at hvis blyatomer indskydes på et grafenark, et kraftigt magnetfelt genereres ved samspillet mellem elektronernes spin og deres orbitale bevægelse. Denne egenskab kan have implikationer i spintronics, en ny teknologi fremmet af Den Europæiske Union for at skabe avancerede beregningssystemer.

Grafen betragtes som fremtidens materiale på grund af dets ekstraordinære optiske og elektroniske mekaniske egenskaber, især fordi det leder elektroner meget hurtigt. Imidlertid, det har ikke magnetiske egenskaber, og derfor er der ikke fundet nogen metode til at manipulere disse elektroner eller nogen af ​​deres egenskaber til at bruge dem i nye magnetoelektroniske enheder, selvom spanske videnskabsmænd har fundet en nøgle.

Forskere fra IMDEA Nanoscience, det autonome universitet i Madrid, Madrid Institute of Materials Science (CSIC) og Universitetet i Baskerlandet beskriver i tidsskriftet Naturfysik denne uge hvordan man skaber et kraftigt magnetfelt ved hjælp af dette nye materiale.

Hemmeligheden er at indskyde atomer eller Pb-øer under havet af sekskanter af kulstof, der udgør grafen. Dette frembringer en enorm interaktion mellem to elektronkarakteristika:deres spin - en lille 'magnet' forbundet med deres rotation - og deres kredsløb, bevægelsen de følger rundt om kernen.

"Denne spin-orbit interaktion er en million gange mere intens end den, der er iboende til grafen, det er derfor, vi opnår revolutioner, der kan have vigtige formål, for eksempel i datalagring, " forklarer Rodolfo Miranda, Direktør for IMDEA Nanoscience og leder af undersøgelsen.

For at opnå denne effekt, videnskabsmændene lagde et lag bly på et andet af grafen, igen vokset over en iridiumkrystal. I denne konfiguration danner ledningen 'øer' under grafenet, og elektronerne i dette todimensionale materiale opfører sig, som om de var i nærværelse af et kolossalt 80 tesla magnetfelt, hvilket letter den selektive kontrol af strømmen af ​​spins.

Trafikkontrol med to spor

"Og, hvad er vigtigst, under disse forhold er visse elektroniske tilstande topologisk beskyttet; med andre ord, de er immune over for defekter, urenheder eller geometriske forstyrrelser, " fortsætter Miranda, hvem giver dette eksempel:"Hvis vi sammenligner det med trafik, i et traditionelt spintronisk materiale cirkulerer biler langs en enkeltsporet vej, som gør kollisioner mere sandsynlige, mens vi med dette nye materiale har trafikkontrol med to rumligt adskilte baner, forebygge nedbrud."

Spintronics er en ny teknologi, der bruger elektronernes magnetiske spin til at lagre informationsbits. Det opstod med opdagelsen af ​​kæmpe magnetoresistens, en konstatering, der vandt Peter Grümberg og Albert Fert Nobelprisen i fysik i 2007. Det er en effekt, der forårsager store ændringer i den elektriske modstand i fine flerlagsmaterialer og har ført til udviklingen af ​​komponenter så varieret, som læseren sætter kursen mod. harddiske eller sensorerne i airbags.

Den første generation af spintroniske eller magnetoresistente enheder var baseret på den effekt magnetiske materialer har på elektronspin. Men en anden generation er allerede oppe at køre, og omfatter denne nye undersøgelse, hvor elektronernes egen spin-kredsløbsinteraktion virker på dem, som om der var et virkeligt eksternt magnetfelt, selvom der ikke er.

Brugen af ​​grafen som en aktiv komponent i spintronik er et af de grundlæggende mål for det store EU-projekt 'Graphene Flagship'. Forskernes endelige mål er bevidst at kontrollere, hvilken type spin elektronerne i dette nye materiale har for at anvende det på fremtidens elektroniske enheder.