Eleven finder en måde at kontrollere spin-transporten i netværk af den mindste kendte leder

Forskere ved University of the Witwatersrand har fundet måder at kontrollere spintransporten i netværk af den mindste elektriske leder, som mennesket kender.

Ved kemisk at binde nanopartikler af sjældne jordarters grundstof, gadolinium, til kulstof nanorør, forskerne har fundet ud af, at den elektriske ledningsevne i nanorørene kan øges ved at inkorporere gadoliniumets spinegenskaber, som opstår fra dets magnetiske natur. For at sige det tydeligt introducerer tilstedeværelsen af ​​en magnet i et elektronoverførselsmedie en anden grad af frihed, der forbedrer elektronoverførslen, men kun hvis den er skræddersyet præcist.

Opdaget i Japan i 1993, kulstof nanorør er de tyndeste rør i universet, bestående af en cylinder af enkelte kulstofatomer. På tidspunktet for sin opdagelse var det revolutionerende, og det var forventet, at det kunne erstatte silicium i elektroniske kredsløb, såsom mikrochips og computerharddiske.

"Carbon nanorør er kendt for deres evne til at bære en høj mængde elektrisk strøm, og de er meget stærke. De er meget tynde, men elektroner kan bevæge sig meget hurtigt i dem, med hastigheder på op til Gigahertz eller Terahertz, og når de kobles til nanomagneter, udvider de funktionaliteten af ​​kulstofnanorørene betydeligt, som er påkrævet for at fremme moderne teknologi gennem udvikling af højhastigheds-spintronic-enheder, " siger Siphephile Ncube, en ph.d. studerende på Wits School of Physics og hovedforfatter af undersøgelsen. Hendes forskning blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter onsdag (23. maj 2018).

Under sin ph.d. Ncube samarbejdede med et team af forskere fra University of the Witwatersrand, University of Johannesburg og Paul Sabatier University i Frankrig. Forskerne fastgjorde kemisk gadolinium-nanopartikler på overfladen af ​​kulstofnanorørene for at teste, om magnetismen øger eller hæmmer overførslen af ​​elektroner gennem systemet. Målingerne for at undersøge effekten af ​​magnetiske nanopartikler på et netværk af flervæggede kulstofnanorør blev udført på Nanoscale Transport Physics Laboratory (NSTPL) i Wits. Denne facilitet er dedikeret til ny nanoelektronik, og den blev initieret af NRF Nanotechnology flagskibsprogram.

"Vi fandt ud af, at effekten af ​​de magnetiske nanopartikler aflæses i den elektroniske transport af nanorørene. På grund af tilstedeværelsen af ​​magneten bliver elektronerne spinpolariserede, og ladningsoverførslen er afhængig af gadoliniumets magnetiske tilstand. Når de overordnede magnetiske poler af gadolinium er modsat justeret, det forårsager højere modstand i nanorørene og bremser strømmen af ​​elektroner. Når de magnetiske poler er forkert justeret, den har en lav modstand, og hjælper med elektrontransporten, " siger Ncube. Dette fænomen er kendt som Spin Valve Effect, som finder bred anvendelse i udviklingen af ​​harddiske, der bruges til datalagring.

Ncube startede sin forskning i kulstof nanorør som kandidatstuderende ved Wits School of Physics i 2011, hvor hun lavede enkeltvæggede kulstof nanorør, ved at etablere en lasersynteseteknik. Hendes arbejde, som førte til publicering af forskellige forskningsartikler på området, blev udført på instrumenter fra CSIR National Laser Center Rental Pool Program. Hun er også den første forsker i Afrika, der har bygget en elektronisk enhed, der kan måle elektronoverførselsegenskaberne for kulstofnanorørene koblet til magnetiske nanopartikler. Hun blev finansieret af DST-NRF Center of Excellence in Strong Materials.

"Ncubes forskning etablerede det store potentiale i kulstofnanorør til ultrahurtige koblingsenheder og magnetiske hukommelsesapplikationer, en erkendelse, vi har arbejdet hen imod siden etableringen af ​​NSTPL-faciliteten i 2009, " siger Ncubes Ph.D.-vejleder, Professor Somnath Bhattacharyya. "Til dato, modificerede nanorør har vist god spintransport for enheder fremstillet af individuelle nanorør. For første gang har vi demonstreret spin-medieret elektrontransport i et netværk af nanorør uden inkorporering af magnetiske ledninger." Projektet er en del af målene skitseret i NRF Nanotechnology flagship-programmet.