Çift katmanlı grafen: spini etkili bir şekilde taşıyabilir ve kontrol edebilir!
Kılavuz
Son zamanlarda, Hollanda'daki Groningen Üniversitesi'nden ve Almanya'daki Regensburg Üniversitesi'nden araştırmacılar, uzun bir dönüş ömrü ve elektrikle kontrol edilebilen bir dönüş ömrü anizotropisi olan optimize edilmiş bir çift katmanlı grafen cihazı inşa ettiler. Potansiyel pratik uygulamaları spin tabanlı mantık cihazlarını içerir.
arka fon
Son altmış yılda, bilgisayar sistemlerinin muazzam gelişimi, kapasitelerinde bir artışa yol açtı ve günlük yaşamın tüm yönlerine nüfuz etti. Geçtiğimiz birkaç on yılda, ilgili araştırma ve geliştirme, bilgisayar çiplerindeki bileşenleri minyatürleştirmeyi amaçladı. Şimdi, bu minyatürleştirme 100 atomun altındaki seviyeye ulaştı ve temel sınıra yaklaşıyor. Buna ek olarak, uygulama kapsamının genişletilmesi, performans ve enerji verimliliği için daha yüksek gereksinimler ortaya koymaktadır, bu nedenle gelişmiş işlevler getirebilecek yeni konseptlere ihtiyacımız var.
Bu bağlamda, araştırmacılar bilgi aktarımı ve depolamada spin kullanımını inceliyorlar. Spin, elektronlara bilgi iletmek veya depolamak için kullanılabilen manyetik bir moment veren elektronların kuantum mekaniksel bir özelliğidir.
Spintronik malzemeler, "yukarı" veya "aşağı" elektron dönüş yönü boyunca malzemedeki ikili verileri kaydeder (resim kaynağı: referans [3])
Spin tabanlı elektronik (spintronics) alanı, bilgisayar sabit disklerini de kapsayacak şekilde genişletildi ve ayrıca veri işleme birimlerinde devrim yaratması bekleniyor.
Dallas'taki Texas Üniversitesi tarafından geliştirilmiş bir tamamen karbon spin mantık cihazı (resim kaynağı: referans [4])
Magnon bazlı transistörleri çevirin (Resim kaynağı: L.Cornelissen)
Spintronics araştırması, dönüşün aktarımını ve kontrolünü optimize eden malzemelere odaklanır. Grafen mükemmel bir elektron spin iletkenidir, ancak bu malzemedeki dönüşü kontrol etmek zordur çünkü karbon atomları arasındaki etkileşim (spin-orbit kuplajı) zayıftır.
Grafen yapısının şematik diyagramı (fotoğraf kaynağı: Tatiana Shepeleva / Shutterstock)
Yenilikçilik
Hollanda'daki Groningen Üniversitesi'nden fizikçiler ve Almanya'daki Regensburg Üniversitesi'nden teorik fizik araştırma ekibi yukarıdaki sorunları çözmeyi amaçladı.
Yakın zamanda, uzun bir dönüş ömrü ve elektriksel olarak kontrol edilebilen dönüş ömrü anizotropisi olan optimize edilmiş iki katmanlı bir grafen cihazı inşa ettiler. Potansiyel pratik uygulamaları spin tabanlı mantık cihazlarını içerir.
Araştırma sonuçları 20 Eylül'de "Physical Review Letters" da yayınlandı. Bu makale, Groningen Üniversitesi'nden Profesör Bart van Wees liderliğindeki araştırma grubu ile Regensburg Üniversitesi, Almanya'daki teorik fizik araştırma grubu arasındaki ortak bir çalışmanın sonucudur.
(Resim kaynağı: Van Wees Lab)
teknoloji
Daha önce, Profesör Van Wees'in araştırma ekibi, grafeni, içsel spin-yörünge bağlantısına sahip katmanlı malzemeler olan geçiş metal dihalidlerine çok yakın yerleştirdi. Bu güçlü dönme-yörünge bağlantı kuvveti, ara yüzdeki kısa menzilli etkileşimler yoluyla grafene aktarılır, bu da dönüş akımını kontrol etmesine izin verir, ancak dönüş ömrünü kısaltacaktır.
Yeni çalışmada, araştırmacılar çift katmanlı grafendeki dönüş akımını kontrol etmek istediler. Van Wees araştırma grubunda bir doktora öğrencisi olan ve Physical Review Letters dergisinde yayınlanan bir makalenin ilk yazarı olan Christian Leutenantsmeyer, Aslında, bu 2012'de teorik bir makalede öngörülmüştü, ancak daha yeni oldu. Bu etkiyi doğru bir şekilde ölçen teknoloji. "
2012 makalesi, çift katmanlı grafendeki spin-yörünge bağlantısının çift katmanlı grafende anizotropik spin aktarımına yol açtığını tahmin ediyordu. Anizotropik spin aktarım açıklaması durumunda, grafen düzleminin içine veya dışına yönlendirilen dönüşler farklı verimliliklerle gerçekleştirilir. Bu fenomen aslında Leutenantsmeyer ve meslektaşları tarafından yapılan cihazlarda gözlemlendi.
(Resim kaynağı: referans [2])
Düzlemdeki spinin, düzlemden çıkan spinden daha kısa bir ömrü olduğundan, spin akımı ayrıca spin ömrü anizotropisi ile kontrol edilebilir ve bir cihazdaki spin akımını polarize etmek için kullanılabilir.
(Fotoğraf kredisi: Talieh Ghiasi / Van Wees Lab / Groningen Üniversitesi)
değer
Leutenantsmeyer, "Grafen / geçiş metali dihalid cihazındaki kuvvet anizotropisinin benzer olduğunu bulduk, ancak spin ömründe 100 kat artış gözlemledik. Bu nedenle, etkili spin aktarımı sağladık, Aynı zamanda etkili sıkma kontrolü sağlar. "
Bu çalışma, çift katmanlı grafende spin-yörünge eşleşmesini derinlemesine analiz etti. "Ayrıca araştırmamız, grafen araştırmaları için bir kilometre taşı olan yüksek kaliteli grafende dönüşü verimli bir şekilde kontrol etmenin yeni bir yolunu açtı."
Anahtar kelime
Grafen, spin, elektron
Referans
[1] https://www.rug.nl/sciencelinx/nieuws/2018/09/20180920_doublegraphene
2 Johannes Christian Leutenantsmeyer, Josep Ingla-Aynés, Jaroslav Fabian, Bart J. van Wees. İki Tabakalı Grafende Spin-Valley-Coupling-Kaynaklı Büyük Spin-Ömrü Anizotropisinin Gözlenmesi Fiziksel İnceleme Mektupları, 2018; 121 (12) DOI: 10.1103 / PhysRevLett.121.127702
3 S.Y. Bodnar ve diğerleri, Néel spin-yörünge torkları ve büyük anizotropik manyetoresistance tarafından antiferromanyetik Mn2Au yazma ve okuma, Nature Communications 9, 24 Ocak 2018, DOI: 10.1038 / s41467-017-02780-x
4 Joseph S. Friedman ve diğerleri, Düşük boyutlu karbonlu Cascaded spintronic logic, Nature Communications (2017). DOI: 10.1038 / ncomms15635
