Forskare från IMDEA Nanociencia och andra europeiska centra har upptäckt att kombinationen av grafen med kobolt erbjuder relevanta egenskaper inom magnetismen. Detta genombrott sätter scenen för utvecklingen av nya logiska enheter som kan lagra stora datamängder snabbt och med minskad energiförbrukning.

En av de senaste teknikerna för digital kodning av information är spin orbitronics, som inte bara utnyttjar laddningen av elektronen (elektronik) och dess spin (spintronik), men också spinnets interaktion med dess omloppsrörelse, erbjuder en mängd egenskaper som är relevanta inom magnetism.

Denna teknik används i vissa material för att generera magnetiska konfigurationer som är mycket stabila men som kan kontrolleras och flyttas snabbt med mycket små elektriska strömmar. De resulterande strukturerna anses vara mycket lovande för framtida spin-orbitronic-enheter, eftersom de ger hög bearbetningshastighet och hög kapacitet för att lagra data, med låg energiförbrukning.

Nu, ett europeiskt team ledd av IMDEA Nanociencia Institute har utvecklat en metod för att förbereda ett sådant system. Den består av en enhet gjord av staplade grafenfilmer (ett enda atomärt grafitskikt) placerad på ferromagnetisk kobolt, arrangerade i sin tur på ett platinaskikt med en viss kristallografisk orientering. Detaljerna publiceras i Nanobokstäver .

Huvudförfattaren till studien, Paolo Perna från IMDEA Nanociencia, förklarar fördelarna med denna konfiguration:"Å ena sidan, de exceptionella egenskaperna hos grafen gör det möjligt att erhålla en homogen, platt och skyddat magnetiskt lager, vilket också är atomärt perfekt. Dock, det viktigaste är de två magnetiska egenskaper som uppnås:en förbättring av den magnetiska anisotropin hos kobolt (dess ryggar är helst orienterade i en viss riktning), och en stark interaktion som kallas Dzyaloshinskii-Moriya, som tillåter närvaron av kirala magnetiska strukturer, eftersom de inte överlappar med dess spegelbild."

Skyrmions för att bära binär information

Dessa kirala magnetiska strukturer av nanometrisk storlek kallas skyrmioner. De är mycket stabila och fungerar som bärare av binär information när de färdas genom grafen. "Genom att passera genom två elektriska kontakter, varje skyrmion producerar en förändring i det elektriska svaret som kan avkodas till nollor och ettor, " förklarar Perna.

"På det här sättet, Inom en snar framtid, det kommer att vara möjligt att producera spin-orbitronic magnetiska enheter som magnetiska minnen eller sensorer som är mycket snabbare och tätare än nuvarande, och med mycket lägre energiförbrukning, " säger forskaren.

För att upptäcka egenskaperna, författarna har använt kombinerade spektroskopi- och mikroskopitekniker, inklusive några med ljus vid ALBA synkrotron nära Barcelona. Forskare från de Complutense och autonoma universiteten i Madrid, tillsammans med Néel Institute of Grenoble (Frankrike), har också deltagit i studien.

Som grund för enheten, författarna har använt oxidisolerande substrat. För att få grafen av hög kvalitet, metalliska substrat används vanligtvis i laboratorier, men de är väldigt dyra för branschen och, som ledare, de skulle inte tillåta elektrisk isolering av enheten med chipet.

"Vi har bevisat att det är möjligt att förbereda magnetiska strukturer av hög kvalitet baserade på grafen och på oxidisolerande substrat, som kan implementeras i nuvarande tillverkningsprocesser, " konstaterar Perna.