Forskare från ICN2 Theoretical and Computational Nanoscience Group samt Université catholique de Louvain har använt numeriska simuleringar för att visa att spinndiffusionslängden är oberoende av kornstorlek. Resultaten publiceras i Nanobokstäver och har konsekvenser för optimeringen av grafenbaserade spintronic-enheter.

Grafen är ett material som har vunnit berömmelse de senaste åren på grund av sina magnifika egenskaper. Särskilt, för spintronics, grafen är ett värdefullt material eftersom snurren hos de använda elektronerna förblir oförändrade under relativt lång tid. Dock, grafen måste produceras i stor skala för att kunna användas i framtida enheter. Med den respekt, kemisk ångavsättning (CVD) är den mest lovande tillverkningsmetoden.

CVD innebär att odla grafen på ett metalliskt substrat vid höga temperaturer. I denna process, genereringen av grafen börjar vid olika punkter i substratet samtidigt. Detta ger olika enkristalliga domäner av grafen separerade från varandra genom korngränser, bestående av arrayer av fem-, sju eller till och med åtta medlemmar kolringar. Slutprodukten är, Således, polykristallin grafen.

Är polykristallint grafen lika bra som enkristallgrafen för spintronik? Korngränser är en betydande källa till laddningsspridning, öka materialets elektriska motstånd. Hur påverkar de spinntransport?

Vissa experiment tyder på att spannmålsgränser inte spelar någon större roll för spinntransport. I detta sammanhang, Dr Aron W. Cummings, från ICN2 Theoretical and Computational Nanoscience Group, ledd av ICREA Prof. Stephan Roche, tillsammans med forskare från Université catholique de Louvain (Belgien), har använt simuleringar av första principer för att studera korngränsernas inverkan på spinntransport i polykristallint grafen. Studien publiceras i Nanobokstäver .

Forskarna har övervägt två olika mekanismer genom vilka snurr kan förlora sin ursprungliga orientering (spinnavslappning). En står för randomiseringen av spinn inom kornen på grund av spin-omloppskoppling, den andra anser att snurren kan vända på grund av spridning i en korngräns. Dock, forskarna fann att det senare fallet inte hände. Korngränser har ingen negativ effekt på spinntransporten.

Därför, spin-diffusionslängd i polykristallin grafen är oberoende av kornstorlek och beror endast på styrkan hos den substratinducerade spin-orbit-kopplingen. Dessutom, detta gäller inte bara för den diffusiva regimen för transport, men också för den svagt lokaliserade, där kvantfenomen börjar råda. Detta är den första kvantmekaniska simuleringen som bekräftar att samma uttryck för spindiffusionslängd gäller i båda regimer.

Forskningen belyser det faktum att grafen med en domän kanske inte är ett krav för spintronikapplikationer, och att polykristallint CVD-odlad grafen kan fungera lika bra. Detta sätter fokus på andra aspekter för att förbättra grafenproduktionen, såsom eliminering av magnetiska föroreningar.