Grafen og kobolt til at skabe nye elektromagnetiske enheder

Forskere fra IMDEA Nanociencia og andre europæiske centre har opdaget, at kombinationen af ​​grafen med kobolt tilbyder relevante egenskaber inden for magnetisme. Dette gennembrud sætter scenen for udviklingen af ​​nye logiske enheder, der kan lagre store datamængder hurtigt og med reduceret energiforbrug.

En af de nyeste teknologier til digital kodning af information er spin orbitronics, som ikke kun udnytter elektronens ladning (elektronik) og dens spin (spintronik), men også spindets interaktion med dets orbitale bevægelse, tilbyder et væld af egenskaber, der er relevante inden for magnetisme.

Denne teknologi anvendes i visse materialer til at generere magnetiske konfigurationer, der er meget stabile, men som kan kontrolleres og flyttes hurtigt med meget små elektriske strømme. De resulterende strukturer anses for meget lovende for fremtidige spin-orbitronic-enheder, da de giver høj behandlingshastighed og høj kapacitet til lagring af data, med lavt energiforbrug.

Nu, et europæisk hold ledet af IMDEA Nanociencia Institute har udviklet en metode til at forberede et sådant system. Den består af en enhed lavet af stablede grafenfilm (et enkelt atomart grafitlag) placeret på ferromagnetisk kobolt, arrangeret på skift på et platinlag med en vis krystallografisk orientering. Detaljerne er offentliggjort i Nano bogstaver .

Hovedforfatteren til undersøgelsen, Paolo Perna fra IMDEA Nanociencia, forklarer fordelene ved denne konfiguration:"På den ene side, grafens exceptionelle egenskaber gør det muligt at opnå en homogen, fladt og beskyttet magnetisk lag, som også er atomisk perfekt. Imidlertid, det, der betyder mest, er de to magnetiske egenskaber, der opnås:en forbedring af den magnetiske anisotropi af kobolt (dets rygsøjler er fortrinsvis orienteret i en bestemt retning), og en stærk interaktion kaldet Dzyaloshinskii-Moriya, som tillader tilstedeværelsen af ​​chirale magnetiske strukturer, da de ikke overlapper med dets spejlende billede."

Skyrmions til at bære binær information

Disse chirale magnetiske strukturer af nanometrisk størrelse kaldes skyrmioner. De er meget stabile og fungerer som bærere af binær information, når de rejser gennem grafen. "Ved at passere gennem to elektriske kontakter, hver skyrmion producerer en ændring i den elektriske respons, der kan afkodes til nuller og ettaller, " forklarer Perna.

"På denne måde i den nærmeste fremtid, det vil være muligt at producere spin-orbitronic magnetiske enheder såsom magnetiske hukommelser eller sensorer, der er meget hurtigere og tættere end de nuværende, og med meget lavere energiforbrug, " siger forskeren.

For at opdage egenskaberne, forfatterne har brugt kombinerede spektroskopi- og mikroskopiteknikker, herunder nogle med lys ved ALBA synkrotron nær Barcelona. Forskere fra de Complutense og Autonome Universiteter i Madrid, sammen med Néel Institute of Grenoble (Frankrig), har også deltaget i undersøgelsen.

Som grundlag for enheden, forfatterne har brugt oxidisolerende substrater. For at opnå grafen af ​​høj kvalitet, metalliske substrater bruges normalt i laboratorier, men de er meget dyre for industrien og, som dirigenter, de ville ikke tillade den elektriske isolering af enheden med chippen.

"Vi har bevist, at det er muligt at fremstille magnetiske strukturer af høj kvalitet baseret på grafen og på oxidisolerende substrater, som kan implementeres i nuværende fremstillingsprocesser, " bemærker Perna.