Udforskning af nye spintronics-enhedsfunktioner i grafen-heterostrukturer

Graphene Flagship-forskere har vist i et papir offentliggjort i Videnskabens fremskridt hvordan heterostrukturer bygget af grafen og topologiske isolatorer har stærke, nærhedsinduceret spin-orbit-kobling, som kan danne grundlag for nye informationsbehandlingsteknologier.

Spin-orbit-kobling er kernen i spintronics. Grafens spin-kredsløbskobling og høje elektronmobilitet gør den tiltalende for lang spinkohærenslængde ved stuetemperatur. Graphene Flagship-forskere fra Chalmers University of Technology (Sverige), Catalansk Institut for Nanovidenskab og Nanoteknologi — ICN2 (Spanien), Universitat Autònoma de Barcelona (Spanien) og ICREA Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (Spanien) viste en stærk tunability og undertrykkelse af spin-signalet og spin-levetiden i heterostrukturer dannet af grafen og topologiske isolatorer. Dette kan føre til nye grafen-spintroniske applikationer, lige fra nye kredsløb til nye ikke-flygtige hukommelser og informationsbehandlingsteknologier.

"Fordelen ved at bruge heterostrukturer bygget af to Dirac-materialer er, at grafen i nærheden af ​​topologiske isolatorer understøtter stadig spintransport, og samtidig opnår en stærk spin-kredsløbskobling, " sagde lektor Saroj Prasad Dash fra Chalmers Tekniske Universitet.

"Vi ønsker ikke kun at transportere spin, vi ønsker at manipulere det, " sagde professor Stephan Roche fra ICN2 og viceleder af Graphene Flagship's spintronics Work-Package, "brugen af ​​topologiske isolatorer er en ny dimension for spintronics, de har en overfladetilstand, der ligner grafen og kan kombineres for at skabe nye hybridtilstande og nye spin-funktioner. Ved at kombinere grafen på denne måde kan vi bruge den indstillelige tæthed af tilstande til at tænde/slukke – at udføre eller ikke udføre spin. Dette åbner en legeplads med aktiv spin-enhed."

Flagskibet grafen, lige fra begyndelsen, så potentialet i spintronics-enheder lavet af grafen og relaterede materialer. Dette papir viser, hvordan kombination af grafen med andre materialer for at lave heterostrukturer åbner nye muligheder og potentielle anvendelser.

"Dette papir kombinerer eksperiment og teori, og dette samarbejde er en af ​​styrkerne ved Spintronics Work-Package inden for Graphene Flagship, sagde Roche.

"Topologiske isolatorer tilhører en klasse af materialer, der genererer stærke spinstrømme, af direkte relevans for spintroniske applikationer såsom spin-orbit momenthukommelser. Som rapporteret i denne artikel, den yderligere kombination af topologiske isolatorer med todimensionelle materialer som grafen er ideel til at muliggøre udbredelsen af ​​spininformation med ekstremt lav effekt over lange afstande, samt til at udnytte komplementære funktioner, nøglen til yderligere design og fremstilling af spin-logiske arkitekturer, " sagde Kevin Garello fra IMEC, Belgien, der er leder af Graphene Flagships Spintronics Work-Package.

Professor Andrea C. Ferrari, Videnskabs- og teknologiofficer for flagskibet grafen, og formand for dets ledelsespanel tilføjede "Dette papir bringer os tættere på at bygge nyttige spintroniske enheder. Innovations- og teknologikøreplanen for grafenflagskibet anerkender potentialet for grafen og relaterede materialer på dette område. Dette arbejde placerer endnu en gang flagskibet på forkant af dette felt, indledt med banebrydende bidrag fra europæiske forskere."