Forskare från ICN2 Theoretical and Computational Nanoscience Group, ledd av ICREA Prof. Stephan Roche, har publicerat en annan uppsats om snurr, den här gången rapporterar numeriska simuleringar för spinnavslappning i grafen/TMDC -heterostrukturer. Publicerad i Fysiska granskningsbrev , deras beräkningar indikerar en anisotropi med en livslängd på centrifugering som är storleksordningar större än något som observerats i grafen fram till nu. Här, huvudförfattaren Aron Cummings förklarar ursprunget till denna effekt.

Publicerad i Fysiska granskningsbrev Denna vecka, spintronics-forskare från ICN2 Theoretical and Computational Nanoscience Group som leds av ICREA Prof. Inte bara ger deras modeller en anisotropi med livslängd som är storleksordningar större än förhållandet 1:1 som vanligtvis observeras i 2-D-system, men de pekar på en kvalitativt ny regim för spinnavslappning.

Spinnavslappning är processen där snurren i en spinnström förlorar sin orientering, återgår till ett naturligt stört tillstånd. Detta gör att spinnsignalen går förlorad, eftersom snurr bara är användbara för att transportera information när de är orienterade i en viss riktning. Denna studie avslöjar att hastigheten med vilken snurr slappnar av i grafen/TMDC -system beror starkt på om de pekar in eller ut ur grafenplanet, med out-of-plane-snurr som varar tiotals eller hundratals gånger längre än in-plane-snurr. Ett så högt förhållande har inte tidigare observerats i grafen eller något annat 2-D-material.

I tidningen, träffande titeln "Giant Spin Lifetime Anisotropy in Graphene induced by Proximity Effects", huvudförfattaren Aron Cummings rapporterar att detta beteende förmedlas av spindalen låsning inducerad i grafen av TMDC, som binder livstiden för in-plane-spinn till intervallets spridningstid. Detta gör att spin i planet slappnar av mycket snabbare än spin utanför planet. Vidare, de numeriska simuleringarna tyder på att denna mekanism bör spela in i alla underlag med stark spinndalslåsning, inklusive TMDC:erna själva.

Framkallar effektivt en centrifugeringseffekt - möjligheten att sortera eller justera rotationsriktningar -, dessa fynd ger anledning att tro att det en dag kan vara möjligt att manipulera, och inte bara transport, snurra i grafen.

Spintronics är en gren av elektronik som använder snurr av subatomära partiklar som elektroner för att lagra och transportera information. Det lovar enheter som är snabbare, fungerar till en bråkdel av energikostnaden och har mycket bättre överlägsna minnen. Dock, att etablera en spinnström är inte en enkel process. Först, eftersom snurr i dess naturliga tillstånd är störd; det är, spinnaxlarna pekar i valfritt antal riktningar. De måste först polariseras för att justera deras orientering. Sedan, även en gång polariserad, snurrarna kan lätt förlora denna orientering i en process som kallas spinnavslappning, vilket begränsar livslängden och därmed användbarheten av spinnströmmar i praktiken.

Ange grafen, mycket materialet för tillfället och inte utan goda skäl:detta 2-D-material har en rad egenskaper som gör det unikt lämpligt för att upprätthålla rotationsorientering under långa livslängder. Dock, dess låga spin-orbit-koppling (SOC) gör den ineffektiv för manipulering av centrifugering.

Lösningen som används i spintronics är att skapa skiktade heterostrukturer, utnyttja spinntransportegenskaperna för grafen och ett andra högt SOC -material i ett enda system. Detta fungerar genom närhetseffekten, varigenom grafen präglas med egenskaperna hos det andra materialet, och har bevisats experimentellt med 2-D magnetiska isolatorer och övergångsmetalldykalkogenider (TMDC).

I det här arbetet, forskare har studerat spinnavslappning i sådana skiktade grafen/TMDC -heterostrukturer i ett försök att belysa de ännu outforskade mekanismerna för spinnavslappning i dessa system. Spin livslängd anisotropi är förhållandet mellan out-of-plane och in-plane spin livstider, och används som en mätning av dessa mekanismer. Vad de hittar är en unik mekanism som möjliggörs av den specifika närhetseffekten av TMDC på grafen.