Forskare från ICN2 Physics and Engineering of Nanodevices Group har föreslagit en modifierad grafenbaserad teknik för tillverkning av nanodevice som ökar upp till tre gånger spinlivslängden och avslappningslängden jämfört med tidigare arbeten av samma slag. Arbetet var frukten av samarbetet med Imec och K.U. Leuven (Belgien). Resultaten har publicerats i 2D-material och förväntas möjliggöra undersökningar av storskaliga spintroniska tillämpningar.

Spintronics förstärker potentialen hos traditionell elektronik genom att utnyttja elektronens spinnfrihetsgrad, utöver det vanliga laddningsläget. I slutet, målet är att skaffa enheter att lagra, bearbeta och läsa information, men med förbättrade egenskaper som lägre strömförbrukning, mindre värmeavledning, högre hastighet, etc. Även om spintronics ännu inte har blivit utbredd, vissa nuvarande enheter är baserade på detta nya tillvägagångssätt, såsom magnetiska hårddiskar, magnetiska direktminnen och magnetiska sensorer med olika tillämpningar i industriella miljöer, robotik och fordonsindustrin.

Grafen är ett lovande material inom detta område. Spins kan flöda effektivt i den över långa avstånd, vilket innebär att de inte ändrar tillstånd under en relativt lång tid. På grund av sin storskaliga produktion, CVD-grafen blir populärt för spintroniska enheter. Dock, föroreningar som härrör från grafentillväxten och enhetens tillverkningsprocess begränsar dess prestanda.

Ett team av forskare från ICN2 Physics and Engineering of Nanodevices Group, ledd av ICREA-professor Sergio O. Valenzuela, har föreslagit en tillverkningsprocess för högutbyte från CVD-grafen som har förbättrat dess spin-parametrar avsevärt. Arbetet, vars första författare är Zewdu M. Gebeyehu, var frukten av ett samarbete med Imec och K.U. Leuven (Belgien). Resultaten har publicerats i 2D-material .

De demonstrerar en spinnsignal mätt över en 30 µm lång kanal med spinlivslängder i rumstemperatur på upp till tre nanosekunder och spinrelaxationslängder på upp till 9 µm i monolagergrafen på SiO ₂ /Si-substrat. Dessa spin-parametrar är de högsta värdena för någon form av grafen (både exfolierad grafen och CVD-grafen) på en standard SiO ₂ /Si-substrat.

För att uppnå denna förbättrade spinprestanda, forskarna använde CVD-grafen odlad på en platinafolie och modifierade enhetens tillverkningsteknik för att minska föroreningsnivåerna i samband med grafentillväxten och tillverkningsstegen. Det senare kräver optimering av flera standardprocesser, involverar förval av högkvalitativ enhetlig grafen med låg nivå av föroreningar, ett etsningssteg som kombinerar e-beam litografi och syrgasplasma och en lämplig efterglödgning i högvakuum. Tillvägagångssättet kan skalas och möjliggör en mycket reproducerbar tillverkning av enheter, vilket är huvudkravet för potentiell industrialisering.

Förbättringen av spin-parametrarna tillsammans med reproducerbarheten av enhetstillverkningsprocessen för oss närmare realiseringen av komplexa kretsarkitekturer för spintroniska enheter som spinnlogik och logik-i-minne för bortom CMOS-beräkning.