Desde que se aisló el grafeno por primera vez hace unos años, esta red cuasi-bidimensional formada por una sola capa de átomos de carbono se ha considerado el material mágico. El grafeno no solo es mecánicamente muy resistente, también proporciona una base interesante para nuevos componentes espintrónicos que explotan el momento magnético de los electrones de conducción.

Ahora, Centro Helmholtz de Berlín Dr. Andrei Varykhalov, El Prof.Dr. Oliver Rader y su equipo de físicos han dado el primer paso hacia la construcción de componentes basados ​​en grafeno. en colaboración con físicos de San Petersburgo (Rusia), Jülich (Alemania) y Harvard (Estados Unidos). Según su informe del 27 de noviembre de 2012 en Comunicaciones de la naturaleza , lograron aumentar con éxito el acoplamiento de espín-órbita de los electrones de conducción de grafeno en un factor de 10, 000, suficiente para permitirles construir un interruptor que se pueda controlar mediante pequeños campos eléctricos.

La capa de grafeno se asienta sobre un sustrato de níquel cuyos átomos están separados por la misma distancia que las mallas hexagonales del grafeno. Próximo, los físicos depositaron átomos de oro sobre su muestra que terminaron alojándose entre el grafeno y el níquel.

El uso de diferentes espectrómetros de fotoelectrones en la propia instalación de radiación de sincrotrón BESSY II de HZB permitió a los investigadores medir los cambios en las propiedades electrónicas del grafeno. Como la tierra los electrones tienen dos momentos angulares:un momento angular orbital, lo que les permite rodear el núcleo atómico; y un giro correspondiente a una rotación sobre sus propios ejes. Un fuerte acoplamiento espín-órbita significa, por tanto, una gran diferencia energética dependiendo de si ambas rotaciones se dirigen en la misma dirección o en direcciones opuestas. En el caso de núcleos más ligeros (como ocurre con los átomos de carbono), la interacción espín-órbita es bastante débil, mientras que en el caso de átomos más pesados ​​como el oro es bastante fuerte. "Podríamos mostrar eso, dada su proximidad a la capa de grafeno, los átomos de oro también pudieron aumentar esta interacción en la capa de grafeno en un factor de 10, 000, "explica Dmitry Marchenko, quien tomó las medidas como parte de su investigación de doctorado.

Según Varykhalov, este acoplamiento muy fuerte de espín-órbita permitiría a los investigadores construir una especie de interruptor, ya que los espines ahora podrían rotarse usando un campo eléctrico. Dos filtros de giro, uno delante y otro detrás del componente, tolerarían cada uno solo giros unidireccionales. Si los filtros giratorios fueran perpendiculares entre sí, ningún giro podría pasar más y el interruptor se apagaría efectivamente. Un campo eléctrico sin embargo, Giraría los giros de tal manera que podría, parcial o completamente, subir el interruptor.

"Pudimos documentar que solo los electrones en los orbitales 5d de los átomos de oro aumentan la interacción de la órbita de espín del grafeno. Esto se ajusta a nuestros modelos teóricos, "explica Varykhalov. No obstante, Los físicos de HZB ya tienen su próximo desafío recortado:un componente a base de grafeno que se asienta sobre una superficie no conductora en lugar de níquel. un metal. No es sorprendente, ya han comenzado a trabajar en ello.