Ett team av fysiker har tagit ett stort steg mot utvecklingen av användbara grafen-spintroniska enheter. fysikerna, från City University of Hong Kong och University of Science and Technology i Kina, presentera sina resultat i American Institute of Physics Bokstäver i tillämpad fysik .
grafen, en tvådimensionell kristallin form av kol, utropas som ett slags "helig gral" av material. Den har egenskaper som en brotthållfasthet som är 200 gånger högre än stål och, av stort intresse för halvledar- och datalagringsindustrin, elektriska strömmar som kan flamma igenom den 100 gånger snabbare än i kisel.
Spintronic-enheter eftersträvas hårt eftersom de lovar att vara mindre, mer mångsidig, och mycket snabbare än dagens elektronik. "Spin" är en kvantmekanisk egenskap som uppstår när en partikels inneboende rotationsmomentum skapar ett litet magnetfält. Och spinn har en riktning, antingen "upp" eller "ner". Riktningen kan koda data i 0:orna och 1:orna i det binära systemet, med nyckeln här är att spin-baserad datalagring inte försvinner när den elektriska strömmen upphör.
"Det finns ett starkt forskningsintresse för spintroniska enheter som bearbetar information med hjälp av elektronsnurr, eftersom dessa nya enheter erbjuder bättre prestanda än traditionella elektroniska enheter och troligen kommer att ersätta dem en dag, " säger Kwok Sum Chan, professor i fysik vid City University of Hong Kong "Graphene är ett viktigt material för spintroniska enheter eftersom dess elektronspin kan behålla sin riktning under lång tid och, som ett resultat, lagrad information går inte lätt bort."
Det är, dock, svårt att generera en spinström i grafen, som skulle vara en viktig del av att bära information i en grafen spintronic-enhet. Chan och kollegor kom på en metod för att göra just det. Det innebär att man använder spinsplittring i monolagergrafen som genereras av ferromagnetisk närhetseffekt och adiabatisk (en process som är långsam jämfört med hastigheten på elektronerna i enheten) kvantpumpning. De kan kontrollera graden av polarisering av spinnströmmen genom att variera Fermi-energin (nivån i fördelningen av elektronenergier i ett fast ämne där ett kvanttillstånd är lika troligt att vara upptaget eller tomt), vilket de säger är mycket viktigt för att uppfylla olika applikationskrav.
