Graphene Flagship-forskare har visat i en artikel publicerad i Vetenskapens framsteg hur heterostrukturer byggda av grafen och topologiska isolatorer har starka, närhetsinducerad spin-omloppskoppling som kan utgöra grunden för nya informationsbehandlingsteknologier.

Spin-omloppskoppling är kärnan i spintroniken. Grafens spin-orbit-koppling och höga elektronrörlighet gör den tilltalande för lång spinkoherenslängd vid rumstemperatur. Grafen flaggskeppsforskare från Chalmers tekniska högskola (Sverige), Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology—ICN2 (Spanien), Universitat Autònoma de Barcelona (Spanien) och ICREA Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (Spanien) visade en stark avstämning och undertryckande av spinsignalen och spinns livslängd i heterostrukturer som bildas av grafen och topologiska isolatorer. Detta kan leda till nya grafenspintroniska tillämpningar, allt från nya kretsar till nya icke-flyktiga minnen och informationsbehandlingsteknologier.

"Fördelen med att använda heterostrukturer byggda av två Dirac-material är att, grafen i närheten av topologiska isolatorer stödjer fortfarande spinntransport, och samtidigt förvärvar en stark spin-omloppskoppling, säger docent Saroj Prasad Dash från Chalmers tekniska högskola.

"Vi vill inte bara transportera spinn vi vill manipulera det, " sa professor Stephan Roche från ICN2 och vice ledare för Graphene Flagships spintronics Work-Package, "användningen av topologiska isolatorer är en ny dimension för spintronik, de har ett yttillstånd som liknar grafen och kan kombineras för att skapa nya hybridtillstånd och nya spinnfunktioner. Genom att kombinera grafen på det här sättet kan vi använda den inställbara densiteten av tillstånd för att slå på/av – att utföra eller inte utföra spinn. Detta öppnar en lekplats för aktiv spinnenhet."

Grafen flaggskepp, från allra första början, såg potentialen hos spintronics-enheter tillverkade av grafen och relaterade material. Detta dokument visar hur kombinationen av grafen med andra material för att skapa heterostrukturer öppnar nya möjligheter och potentiella tillämpningar.

"Det här dokumentet kombinerar experiment och teori och detta samarbete är en av styrkorna med Spintronics Work-Package inom grafenflaggskeppet, sa Roche.

"Topologiska isolatorer tillhör en klass av material som genererar starka spinnströmmar, av direkt relevans för spintroniska applikationer såsom spin-orbit vridmomentminnen. Som rapporterats i den här artikeln, den ytterligare kombinationen av topologiska isolatorer med tvådimensionella material som grafen är idealisk för att möjliggöra spridning av spinninformation med extremt låg effekt över långa avstånd, samt för att utnyttja kompletterande funktioner, nyckeln till ytterligare design och tillverkning av spin-logikarkitekturer, " sa Kevin Garello från IMEC, Belgien som är ledare för Graphene Flagships Spintronics Work-Package.

Professor Andrea C. Ferrari, Science and Technology Officer för flaggskeppet grafen, och ordförande för dess ledningspanel tillade "Det här dokumentet tar oss närmare att bygga användbara spintroniska enheter. Innovations- och teknikfärdplanen för grafenflaggskeppet erkänner potentialen för grafen och relaterade material på detta område. Detta arbete placerar återigen flaggskeppet i framkant av detta område, initierat med banbrytande bidrag från europeiska forskare."