Устройства Spintronic являются перспективной высокоскоростной и энергосберегающей альтернативой современной электронике. Эти устройства используют магнитный момент электронов, так называемые спины («вверх» или «вниз») для передачи и хранения информации. Продолжающееся сокращение масштабов технологии памяти требует все меньших размеров устройств спинтроники и, таким образом, ищет атомарно тонкие материалы, которые могут активно генерировать большие спиновые сигналы и передавать информацию о спине на расстояния до микрометров.
Графен
Более десяти лет графен был наиболее подходящим 2D-материалом для передачи спиновой информации. Однако графен не может генерировать спиновый ток сам по себе, если его свойства не будут соответствующим образом изменены.
Один из способов добиться этого – заставить его действовать как магнитный материал. Магнетизм будет способствовать прохождению одного типа спина и, таким образом, создать дисбаланс в количестве электронов со спином вверх по сравнению со спином вниз.
В магнитном графене это привело бы к сильному поляризованному по спину току.
Эта идея была экспериментально подтверждена учеными группы Physics of Nanodevices во главе с проф. Барт ван Вис из Университета Гронингена, Институт передовых материалов Цернике. Когда они приблизили графен к слоистому 2D-антиферромагнетику CrSBr, они смогли напрямую измерить большую спиновую поляризацию тока, генерируемого магнитным графеном.
Спин-логика
В обычных устройствах спинтроники на основе графена ферромагнитные (кобальтовые) электроды используются для ввода и детектирования спинового сигнала в графен. Напротив, в схемах, построенных из магнитного графена, инжекция, транспортировка и обнаружение спинов может осуществляться самим графеном, – объясняет Талие Гиаси, первый автор статьи. «Мы обнаружили исключительно большую спин-поляризацию проводимости 14% в магнитном графене, которая, как ожидается, будет эффективно настраиваться поперечным электрическим полем.Это, вместе с выдающимися характеристиками переноса заряда и спина графена, позволяет реализовать полностью графеновые 2D спин-логические схемы, в которых только магнитный графен может вводить, переносить и обнаруживать спиновую информацию.
Более того, неизбежное рассеивание тепла, которое происходит в любой электронной схеме, превращается в преимущество в этих устройствах спинтроники. ‘Мы наблюдаем, что градиент температуры в магнитном графене из-за джоулева нагрева преобразуется в спиновый ток. Это происходит за счет спин-зависимого эффекта Зеебека, который также впервые наблюдается в графене в наших экспериментах », – говорит Гиаси.
Эффективная электрическая и тепловая генерация спиновых токов с помощью магнитного графена обещает существенный прогресс как для 2D-спинтроники, так и для спин-калоритронных технологий.
Графен Флагман
Кроме того, спиновой транспорт в графене очень чувствителен к магнитному поведению самого внешнего слоя соседнего антиферромагнетика.
Это означает, что такие измерения спинового переноса позволяют считывать намагниченность одного атомного слоя. Таким образом, устройства на основе магнитного графена не только решают наиболее технологически важные аспекты магнетизма в графене для 2D-памяти и сенсорных систем, но также обеспечивают более глубокое понимание физики магнетизма.
Будущие последствия этих результатов будут изучены в контексте проекта EU Graphene Flagship, который работает над новыми приложениями графена и 2D-материалов.