(PhysOrg.com) – Forskare vid University of Manchester har hittat ett sätt att göra underverksmaterial grafen magnetiskt, öppnar upp ett nytt utbud av möjligheter för världens tunnaste material inom spintronikområdet.

Ett team ledd av professor Andre Geim, en mottagare av 2010 års Nobelpris i grafen, kan nu visa att elektrisk ström – ett flöde av elektroner – kan magnetisera grafen.

Resultaten, redovisas i Vetenskap , kan bli ett potentiellt stort genombrott inom spintronikområdet.

Spintronics är en grupp framväxande teknologier som utnyttjar elektronens inneboende spinn, utöver dess grundläggande elektriska laddning som utnyttjas inom mikroelektronik.

Miljarder spintronics-enheter som sensorer och minnen produceras redan. Varje hårddisk har en magnetisk sensor som använder ett flöde av snurr, och magnetiska minneskretsar (MRAM) blir allt populärare.

Resultaten är en del av en stor internationell satsning som involverar forskargrupper från USA, Ryssland, Japan och Nederländerna.

Nyckelfunktionen för spintronik är att koppla elektronspinnet till elektrisk ström, eftersom ström kan manipuleras med hjälpmedel som rutinmässigt används inom mikroelektronik.

Man tror att, i framtida spintronics-enheter och transistorer, kopplingen mellan strömmen och spinn kommer att vara direkt, utan att använda magnetiska material för att injicera snurr som det görs för tillfället.

Än så länge, denna väg har bara visats genom att använda material med så kallad spin-orbit interaktion, där små magnetiska fält som skapas av kärnor påverkar elektronernas rörelse genom en kristall. Effekten är generellt liten vilket gör den svår att använda.

Forskarna hittade ett nytt sätt att koppla samman spinn och laddning genom att applicera ett relativt svagt magnetfält på grafen och fann att detta orsakar ett flöde av spinn i riktningen vinkelrätt mot elektrisk ström, göra ett grafenark magnetiserat.

Effekten liknar den som orsakas av spin-omloppsinteraktion men är större och kan ställas in genom att variera det externa magnetfältet.

Manchesterforskarna visar också att grafen placerad på bornitrid är ett idealiskt material för spintronik eftersom den inducerade magnetismen sträcker sig över makroskopiska avstånd från strömbanan utan att förfalla.

Teamet tror att deras upptäckt erbjuder många möjligheter för att designa om nuvarande spintronics-enheter och göra nya som spinnbaserade transistorer.

Professor Geim sa:"Spintronikens heliga gral är omvandlingen av elektricitet till magnetism eller vice versa.

"Vi erbjuder en ny mekanism, tack vare unika egenskaper hos grafen. Jag föreställer mig att många ställen för spintronics kan dra nytta av detta fynd."

Antonio Castro Neto, en fysikprofessor från Boston som skrev en nyhetsartikel för Vetenskap tidningen som åtföljer forskningsartikeln kommenterade:"Graphene öppnar dörrar för många nya teknologier.

"Inte överraskande, 2010 års Nobelpris i fysik tilldelades Andre Geim och Kostya Novoselov för deras banbrytande experiment i detta material.

"Tydligen inte nöjda med vad de har åstadkommit hittills, Geim och hans medarbetare har nu visat en annan helt oväntad effekt som involverar kvantmekanik vid omgivningsförhållanden. Denna upptäckt öppnar ett nytt kapitel för grafenens korta men rika historia."