Forskere beregner hidtil usete værdier for spin-livstidsanisotropi i grafen

Forskere fra ICN2 Theoretical and Computational Nanoscience Group, ledet af ICREA prof. Stephan Roche, har udgivet en anden artikel om spin, denne gang rapporterer numeriske simuleringer for spinrelaksation i grafen/TMDC-heterostrukturer. Udgivet i Fysiske anmeldelsesbreve , deres beregninger indikerer en spin-levetidsanisotropi, der er størrelsesordener større end noget, der er observeret i grafen indtil nu. Her, hovedforfatter Aron Cummings forklarer oprindelsen af ​​denne effekt.

Udgivet i Fysiske anmeldelsesbreve denne uge, spintronics-forskere fra ICN2 Theoretical and Computational Nanoscience Group ledet af ICREA-professor Stephan Roche har opnået potentielt spilskiftende indsigt i de mekanismer, der styrer spindynamik og afslapning i grafen/TMDC-heterostrukturer. Ikke alene giver deres modeller en spin-levetidsanisotropi, der er størrelsesordener større end forholdet 1:1, der typisk observeres i 2-D-systemer, men de peger på et kvalitativt nyt regime for spinafspænding.

Spinafspænding er den proces, hvorved spindene i en spinstrøm mister deres orientering, vender tilbage til en naturlig forstyrret tilstand. Dette medfører, at spinsignalet går tabt, da spins kun er nyttige til at transportere information, når de er orienteret i en bestemt retning. Denne undersøgelse afslører, at den hastighed, hvormed spins slapper af i grafen/TMDC-systemer, afhænger stærkt af, om de peger ind eller ud af grafenplanet, med spin uden for planet, der varer titusinder eller hundredvis af gange længere end spins i planet. Et så højt forhold er ikke tidligere blevet observeret i grafen eller noget andet 2-D materiale.

I avisen, passende titlen "Giant Spin Lifetime Anisotropy in Graphene Induced by Proximity Effects", hovedforfatter Aron Cummings rapporterer, at denne adfærd er medieret af spin-dal-låsningen induceret i grafen af ​​TMDC, som binder levetiden af ​​in-plane spin til intervale spredningstiden. Dette får in-plane spin til at slappe af meget hurtigere end out-of-plan spin. Desuden, de numeriske simuleringer tyder på, at denne mekanisme bør komme i spil i ethvert underlag med stærk spin-dal-låsning, herunder TMDC'erne selv.

Inducerer effektivt en spin-filtereffekt – evnen til at sortere eller justere spin-retninger –, disse resultater giver grund til at tro, at det en dag kan være muligt at manipulere, og ikke kun transport, spin i grafen.

Spintronics er en gren af ​​elektronik, der bruger spin af subatomære partikler som elektroner til at lagre og transportere information. Det lover enheder, der er hurtigere, fungerer til en brøkdel af energiomkostningerne og har langt overlegne hukommelser. Imidlertid, at etablere en spinstrøm er ikke en ligetil proces. Først, fordi spin i sin naturlige tilstand er uordnet; det er, spin-akserne peger i et vilkårligt antal retninger. De skal først polariseres for at indstille deres orientering. Derefter, selv en gang polariseret, spindene kan let miste denne orientering i en proces kendt som spinrelaksation, hvilket begrænser levetiden og derfor anvendeligheden af ​​spinstrømme i praksis.

Indtast grafen, i høj grad øjeblikkets materiale og ikke uden god grund:dette 2-D-materiale kan prale af en række egenskaber, der gør det unikt egnet til at opretholde spin-orientering over lange levetider. Imidlertid, dens lave spin-orbit kobling (SOC) gør den ineffektiv til at manipulere spin.

Løsningen i spintronics er at skabe lagdelte heterostrukturer, udnyttelse af spintransportegenskaberne af grafen og et andet høj SOC-materiale i et enkelt system. Dette virker gennem nærhedseffekten, hvorved grafen bliver præget med egenskaberne af det andet materiale, og er blevet bevist eksperimentelt med 2-D magnetiske isolatorer og overgangsmetal dichalcogenider (TMDC'er).

I dette arbejde, forskere har studeret spinrelaksation i sådanne lagdelte grafen/TMDC-heterostrukturer i et forsøg på at kaste lys over de endnu uudforskede mekanismer, der styrer spinrelaksation i disse systemer. Spin-levetidsanisotropi er forholdet mellem ud-af-planet og in-planet-spin-levetider, og bruges som en måling af disse mekanismer. Hvad de finder, er en unik mekanisme aktiveret af den specifikke nærhedseffekt af TMDC'er på grafen.