Графен, особенно в его чистейшей форме, долгое время считался перспективным материалом для разработки спинтронных устройств. Эти устройства используют собственный угловой момент (т. е. спин), а не заряд, электронов для передачи и обработки данных.
Предложенный подход к генерации и обнаружению спинов основан на близости графена к соседнему материалу, который может изменять его свойства. Однако до сих пор успешное развитие спинтроники, использующей только этот подход, оказалось весьма сложным.
Исследователи из CIC nanoGUNE BRTA и других институтов недавно реализовали спинтронное устройство, которое использует только эффекты близости, а именно спиновый клапан на основе 2D-графена. Функционирование этого клапана, представленного в статье, опубликованной в Nature Electronics, зависит только от близости к магниту Ван-дер-Ваальса Cr 2 Ge 2 Te 6.
«Область спинтроники значительно развилась с момента пионерских открытий спиновой инжекции и гигантского магнитосопротивления в 1980-х годах», — рассказал Phys.org Хаочжэ Ян, первый автор статьи.
«Эти открытия, основанные на инжекции спин-поляризованных электронов в трехмерную структуру из ферромагнитного металла в обычный металл, принесли Альберту Ферту и Петеру Грюнбергу Нобелевскую премию по физике 2007 года. Их новаторские достижения заложили основу для продолжающихся исследований сложных комбинаций материалов и методов оптимизации интерфейсов».
Основной целью этого недавнего исследования Янга и его коллег было решение давней исследовательской задачи, а именно реализация первого в истории бесшовного 2D спинтронного устройства. Разработанный ими спиновый клапан мог бы обеспечить манипуляцию и транспортировку спина полностью в 2D-плоскости.
«Мы построили спиновый клапан полностью из приближенных структур», — объяснил Ян. «Это устройство состоит из одного куска графена, локально функционализированного эффектом близости с использованием магнитного изолятора Ван-дер-Ваальса Cr 2 Ge 2 Te 6 . Две функционализированные области графена действуют как инжектор спина и детектор, в то время как чистый участок между ними служит каналом переноса спина».
Спиновый клапан, представленный исследователями, имеет ключевое преимущество по сравнению с предыдущими разработками, а именно отсутствие физических интерфейсов между его компонентами. Отсутствие этих интерфейсов может уменьшить потерю спинов, улучшая производительность устройства.
«Наши эксперименты показали, что проксимитированный графен, центральный компонент этого полностью двумерного спинового клапана, демонстрирует сосуществование спин-орбитального и магнитного эффектов близости», — сказал Ян. «Эта бесшовная структура убедительно демонстрирует возможность использования эффекта близости для разработки важных электронных устройств».
В начальных тестах спиновый клапан из двумерного графена, созданный командой, показал очень многообещающие результаты, одновременно демонстрируя спин-орбитальную и магнитную обменную связь, что способствовало значительному аномальному эффекту Холла. Это недавнее исследование может вскоре проложить путь к разработке нового вида высокоэффективного спинтронного устройства, которое команда называет «проксимитроника».
«Мы считаем, что это простое, но инновационное полностью приближенное спинтронное устройство вдохновит на дальнейшие исследования фундаментальных механизмов и приложений эффекта близости», — добавил Ян.
«Его значение может выйти за рамки спинтроники, потенциально формируя основу для новой области исследований. Наша непосредственная цель — углубить понимание проксимитизированных систем и изучить их интеграцию в передовые электронные и спинтронные приложения».