Forskere fremmer grafen-spintronics med 1D-kontakter for at forbedre mobiliteten i enheder i nanoskala

Forskere ved University of Manchester kan have ryddet en betydelig forhindring på vejen til kvanteberegning og demonstreret trinforandringsforbedringer i spintransportegenskaberne for grafenbaserede elektroniske enheder i nanoskala.

Holdet – bestående af forskere fra National Graphene Institute (NGI) ledet af Dr. Ivan Vera Marun, sammen med samarbejdspartnere fra Japan og inklusive studerende internationalt finansieret af Ecuador og Mexico – brugte monolagsgrafen indkapslet af et andet 2D-materiale (hexagonalt bornitrid) i en såkaldt van der Waals heterostruktur med endimensionelle kontakter (hovedbilledet ovenfor). Denne arkitektur blev observeret at levere en grafenkanal af ekstrem høj kvalitet, der reducerer interferensen eller elektronisk 'doping' fra traditionelle 2D-tunnelkontakter.

'Spintronic'-enheder, som de er kendt, kan tilbyde højere energieffektivitet og lavere dissipation sammenlignet med konventionel elektronik, som er afhængig af ladestrømme. I princippet kunne telefoner og tablets, der opererer med spin-baserede transistorer og hukommelser, forbedres væsentligt i hastighed og lagerkapacitet, hvilket overstiger Moores lov.

Som offentliggjort i Nano Letters , målte Manchester-holdet elektronmobilitet op til 130.000 cm ² /Vs ved lave temperaturer (20K eller -253 ^o C). Til sammenligning opnåede de eneste tidligere offentliggjorte bestræbelser på at fremstille en enhed med 1D-kontakter mobilitet under 30.000 cm ² /Vs, og tallet på 130k målt ved NGI er højere end registreret for nogen anden tidligere grafenkanal, hvor spintransport blev demonstreret.

Forskerne registrerede også spindiffusionslængder, der nærmede sig 20μm. Hvor længere er bedre, har de fleste typiske ledende materialer (metaller og halvledere) spindiffusionslængder <1μm. Værdien af ​​spindiffusionslængden observeret her er sammenlignelig med de bedste grafen-spintroniske enheder, der er demonstreret til dato.

Hovedforfatter af undersøgelsen Victor Guarochico sagde, at deres "arbejde er et bidrag til feltet af grafen-spintronik. Vi har opnået den hidtil største transportørmobilitet vedrørende spintroniske enheder baseret på grafen. Desuden er spin-informationen bevaret over afstande, der kan sammenlignes med de bedste rapporteret i litteraturen. Disse aspekter åbner mulighed for at udforske logiske arkitekturer ved hjælp af laterale spintroniske elementer, hvor der er behov for langdistancespintransport."

Medforfatter Chris Anderson tilføjede, at "dette forskningsarbejde har givet spændende beviser for en væsentlig og ny tilgang til styring af spintransport i grafenkanaler, og derved banet vejen mod enheder, der har sammenlignelige egenskaber med avancerede moderne ladningsbaserede enheder. Bygger på dette arbejde. , tolags grafenenheder med 1D-kontakter karakteriseres nu, hvor tilstedeværelsen af ​​et elektrostatisk afstembart båndgab muliggør en yderligere dimension til spin transportkontrol." + Udforsk yderligere

Grafen og 2-D-materialer kunne flytte elektronik ud over 'Moores lov'