I en tidigare studie, forskare fann bevis som tyder på att spin-orbit coupling (SOC) var större i grafen/övergångsmetall dikalkogenidheterostrukturer än i vanlig grafen. I princip, detta fenomen är en nödvändig förutsättning för spin Hall-effekten (SHE), men efterföljande tester för att mäta systemets SHE gav osäkra resultat. I en tidning som publicerades i juli i Nanobokstäver , forskare från ICN2 Theoretical and Computational Nanoscience Group, leds av ICREA Prof. Stephan Roche, kunde bekräfta observationerna av en förbättrad SOC, samt föreslå en rimlig förklaring till varför SHE inte kunde mätas experimentellt.

Spintronics är en gren av elektronik som använder spinn av subatomära partiklar som elektroner för att lagra och transportera information, och inte bara laddningen som med konventionell elektronik. Resultatet är enheter som är snabbare, fungerar till en bråkdel av energikostnaden och har mycket större minneskapacitet. Spin Hall-effekten är det som gör att vi kan skapa och manipulera snurran, och generera en spinnström. Men i det tidigare experimentet, även om SHE ägde rum, den resulterande spinnströmmen kunde knappt detekteras.

Vad ICN2-forskare gjorde, tack vare tillgång till Barcelona Supercomputing Centers MareNostrum via ett EU PRACE-projekt, var att skala upp experimentet, utför detaljerade och realistiska simuleringar i mikrometerskala. Som första författare till tidningen Dr. Jose H. García Aguilar förklarar, genom att göra så kunde de visa att de förhållanden som möjliggjorde observation av förbättrad SOC inte var desamma som de som krävdes för att observera SHE. Specifikt, att observera det förra, du behöver att materialet är strukturellt defekt, vilket skapar oordning och hög spridning mellan dalen när laddningen passerar genom materialet. Dock, denna höga nivå av störning, som framstod som signifikant först när experimentet hade simulerats i större skala, undertryckte spinnströmmen som genererades genom SHE, leder till de ofullständiga resultaten som rapporterats.

Denna studie ger nya insikter i spindynamiken som är unik för grafen, och tillåter oss att föreslå nya vägar för att uppnå SHE-inducerad spinström experimentellt i grafenbaserade heterostrukturer.