Investigadores del Grupo de Nanociencia Teórica y Computacional ICN2, dirigido por el Prof. ICREA Stephan Roche, han publicado otro artículo sobre spin, esta vez informando simulaciones numéricas para la relajación de espín en heteroestructuras de grafeno / TMDC. Publicado en Cartas de revisión física , sus cálculos indican una anisotropía de vida útil del espín que es órdenes de magnitud mayor que cualquier cosa observada en el grafeno hasta ahora. Aquí, El autor principal, Aron Cummings, explica el origen de este efecto.

Publicado en Cartas de revisión física esta semana, Los investigadores de espintrónica del Grupo de Nanociencia Computacional y Teórica ICN2, dirigido por el profesor de ICREA Stephan Roche, han obtenido una visión potencialmente revolucionaria sobre los mecanismos que gobiernan la dinámica de espín y la relajación en heteroestructuras de grafeno / TMDC. Sus modelos no solo dan una anisotropía de vida útil de espín que es órdenes de magnitud mayor que la relación 1:1 que se observa típicamente en los sistemas 2-D, pero apuntan a un régimen cualitativamente nuevo de relajación de espín.

La relajación de espín es el proceso por el cual los espines en una corriente de espín pierden su orientación, volviendo a un estado desordenado natural. Esto hace que se pierda la señal de giro, ya que los giros solo son útiles para transportar información cuando están orientados en una determinada dirección. Este estudio revela que la velocidad a la que los espines se relajan en los sistemas de grafeno / TMDC depende en gran medida de si apuntan hacia adentro o hacia afuera del plano del grafeno. con giros fuera del plano que duran decenas o cientos de veces más que los giros en el plano. Hasta ahora no se había observado una relación tan alta en el grafeno ni en ningún otro material bidimensional.

En el papel, acertadamente titulado "Anisotropía de vida de giro gigante en grafeno inducida por efectos de proximidad", El autor principal Aron Cummings informa que este comportamiento está mediado por el bloqueo del valle de espín inducido en el grafeno por el TMDC, que vincula la vida útil del giro en el plano con el tiempo de dispersión a intervalos. Esto hace que el giro en el plano se relaje mucho más rápido que el giro fuera del plano. Es más, las simulaciones numéricas sugieren que este mecanismo debería entrar en juego en cualquier sustrato con fuerte bloqueo de valle de espín, incluidos los propios TMDC.

Induciendo eficazmente un efecto de filtro de giro (la capacidad de ordenar o modificar las orientaciones de giro), Estos hallazgos dan motivos para creer que algún día podría ser posible manipular, y no solo transporte, girar en grafeno.

La espintrónica es una rama de la electrónica que utiliza el giro de partículas subatómicas como los electrones para almacenar y transportar información. Promete dispositivos que son más rápidos, operan a una fracción del costo de energía y tienen una memoria muy superior. Sin embargo, establecer una corriente de espín no es un proceso sencillo. Primero, porque el giro en su estado natural está desordenado; es decir, los ejes de giro apuntan en cualquier número de direcciones. Primero deben estar polarizados para ajustar su orientación. Luego, incluso una vez polarizado, los giros pueden perder esta orientación fácilmente en un proceso conocido como relajación de giro, lo que limita la vida útil y, por lo tanto, la utilidad de las corrientes de espín en la práctica.

Ingrese el grafeno, en gran parte el material del momento y no sin una buena razón:este material 2-D cuenta con una serie de propiedades que lo hacen especialmente adecuado para mantener la orientación de giro durante una vida útil prolongada. Sin embargo, su bajo acoplamiento de espín-órbita (SOC) lo hace ineficaz para manipular el espín.

La solución adoptada en espintrónica es crear heteroestructuras estratificadas, aprovechando las propiedades de transporte de espín del grafeno y un segundo material de alto COS en un solo sistema. Esto funciona a través del efecto de proximidad, mediante el cual el grafeno se imprime con las propiedades del segundo material, y ha sido probado experimentalmente con aislantes magnéticos bidimensionales y dicalcogenuros de metales de transición (TMDC).

En este trabajo, Los investigadores han estudiado la relajación de espín en tales heteroestructuras de grafeno / TMDC en capas en un intento por arrojar algo de luz sobre los mecanismos aún inexplorados que gobiernan la relajación de espín en estos sistemas. La anisotropía de la vida útil del giro es la relación entre la vida útil del giro fuera del plano y la vida útil del giro en el plano, y se utiliza como medida de estos mecanismos. Lo que encuentran es un mecanismo único habilitado por el efecto de proximidad específico de los TMDC sobre el grafeno.