En heterostruktur af grafen og bornitrid skaber store spinsignaler

Graphene Flagship forskere baseret på University of Groningen, Holland, har skabt en enhed baseret på et blanlag af grafen og bornitrid, der viser en hidtil uset spin -effektivitet ved stuetemperatur. Fremhæver potentialet ved at skabe enheder, der indeholder grafen og relaterede materialer, spin-signalet målt her er så stort, at det kan bruges i virkelige applikationer såsom spin-baseret logik og transistorer.

Udgivet i Naturkommunikation , denne forskning, ledet af professor Bart van Wees, University of Groningen, Holland, rapporterer en grafenbaseret enhed, hvor elektronspins kan injiceres og detekteres ved stuetemperatur med høj effektivitet. Nøglen er samspillet mellem grafen og bornitrid på den måde, de udfører elektronspins.

Spin kan betragtes som en elektrons rotation omkring sin egen akse. Det er en form for iboende vinkelmoment og kan detekteres som et magnetfelt med en af ​​to orienteringer:op og ned. Elektronespin er svært at håndtere og mister ofte retning over tid. For at bruge elektron spin i en enhed, spin -polarisering er vigtig - dette er evnen til at kontrollere fraktionen af ​​elektroner med et spin op eller ned. "Spinpolarisering kan opnås ved at sende elektronerne gennem et ferromagnetisk materiale, "forklarer van Wees.

Professor van Wees og hans team viste, at de i høj grad kunne forbedre effektiviteten af ​​injektion og påvisning af spinelektroner i grafen ved at bruge isolatoren bornitrid mellem grafenlaget og de ferromagnetiske spininjektor/detektorelektroder.

"Graphene er et meget godt materiale til spintransport, men det tillader ikke en at manipulere spins, "siger van Wees" At injicere spins i grafen, man skal få dem til at passere fra en ferromagnet gennem et bornitridisolator ved kvantetunnel. Vi fandt ud af, at brug af et to-atomers lag af bornitrid resulterede i en meget stærk spin-polarisering på op til 70 procent, 10 gange det, vi normalt får. "

I de producerede enheder, polarisationen steg med spænding, udfordrer den nuværende tankegang om, at det kun er den ferromagnetiske påvirkning, der polariserer spin. I stedet, det ser ud til, at det er kvantetunnelen, der polariserer spinet i hans enheder. Forskerne fandt også en lignende tidobling i spin -detektion i den samme enhed. "Så generelt set signalet steg med en faktor 100, "sagde van Wees.

Dette skaber mange muligheder. "Vi kan nu injicere spins i grafen og let måle dem, efter at de har rejst et stykke. En applikation ville være som en detektor for magnetfelter, hvilket vil påvirke centrifugeringssignalet. "

En anden mulighed ville være at bygge en spin logisk gate eller en spin transistor. Da eksperimenterne med den nye enhed blev udført ved stuetemperatur, sådanne applikationer er inden for rækkevidde. "Imidlertid, "van Wees siger, 'vi brugte grafen, som vi opnåede ved eksfoliering, ved hjælp af tape til at fjerne monolag af et stykke grafit. Dette er ikke egnet til storskala produktion. "Teknikker til fremstilling af grafen i høj kvalitet i industriel skala er et fokus for Graphene Flagship.

Professor Vladimir Falko fra Graphene Flagship siger, "Indkapsling af grafen i bornitrid og brugen af ​​heterostrukturer af disse to materialer til nye enheder, herunder tunneltransistorer, er en lovende tendens inden for grafenforskning, der tidligere har leveret mange interessante resultater. Den rapporterede observation tager grafenspintronik til det kvalitativt nye niveau. "

Spintronics fokuserer på stuetemperatur grafen spintronic -enheder, forbinder teoretisk og eksperimentel forskning, og ses som en langsigtet investering for Graphene Flagship. Da der er gjort så store fremskridt med de enkelte elementer til fremstilling af fuldt funktionelle spintronic -enheder, det næste trin er at forbinde disse sammen. Det nyligt udgivne arbejde af Graphene Flagship Partner Professor Saroj Dash fra Chalmers University, Sverige, viste evnen til at styre spin -mængden med en gate -spænding, alt ved stuetemperatur. At lette samarbejdet om projekter som disse er et centralt mål for Graphene Flagship.