Los científicos del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. (NRL) han informado de la primera observación de la precesión de espín de las corrientes de espín que fluyen en un canal de transporte de nanocables de silicio (NW), y tiempos de vida de espín determinados y longitudes de difusión de espín correspondientes en estos dispositivos espintrónicos a nanoescala. Las corrientes de espín se inyectaron eléctricamente y se detectaron utilizando contactos metálicos ferromagnéticos con una barrera de túnel que consiste en grafeno de una sola capa entre el metal y el silicio NW.

El equipo de investigación de NRL observó la precesión de espín (el efecto Hanle) tanto para la carga de espín polarizada cerca de la interfaz de contacto como para las corrientes de espín puras que fluyen en el canal NW. Este último muestra sin ambigüedades que los espines se han inyectado y transportado en el Si NW. El uso de grafeno como barrera del túnel proporciona un área de contacto con el producto de baja resistencia y características limpias de conmutación magnética. porque une suavemente el NW y minimiza los dominios magnéticos complicados que de otra manera comprometen el comportamiento magnético. El descubrimiento del equipo es un paso esencial hacia la realización de dispositivos espintrónicos semiconductores de gran escala. Los resultados de la investigación aparecen en la edición del 19 de junio de 2015 de Comunicaciones de la naturaleza .

Los nanocables semiconductores proporcionan una vía para reducir aún más las dimensiones cada vez más reducidas de los transistores. Incluir el espín del electrón como una variable de estado adicional ofrece nuevas perspectivas para el procesamiento de la información, permitiendo futuros no volátiles, dispositivos reprogramables más allá de la hoja de ruta de la tecnología de semiconductores actual. El silicio es un anfitrión ideal para una tecnología basada en espín porque sus propiedades intrínsecas promueven el transporte de espín, explica el investigador principal, el Dr. Olaf van't Erve.

La realización de dispositivos de Si NW basados ​​en espín requiere una inyección y detección de espín eléctrica eficiente, que dependen críticamente de la resistencia de la interfaz entre un contacto de metal ferromagnético y el NW. Esto es especialmente problemático con los NW semiconductores debido al área de contacto extremadamente pequeña, que puede ser del orden de 100 nm2. Los investigadores han demostrado que las barreras de túnel de óxido estándar proporcionan una buena inyección de giro en estructuras planas de Si, pero estos contactos cultivados en NW son a menudo demasiado resistentes para producir resultados fiables y consistentes. El equipo de NRL desarrolló y utilizó un contacto de barrera de túnel de grafeno que produce una excelente inyección de giro y también satisface varios criterios técnicos clave:proporciona un producto de área de baja resistencia, una capa de túnel muy uniforme con un espesor bien controlado, características limpias de conmutación magnética para los contactos magnéticos, y compatibilidad tanto con el metal ferromagnético como con el silicio NW.

El uso de capas 2D intrínsecas como el grafeno o el nitruro de boro hexagonal como contactos de túnel en nanocables ofrece muchas ventajas sobre los materiales convencionales depositados por deposición de vapor (como Al2O3 o MgO), permitiendo un camino hacia dispositivos electrónicos y espintrónicos de gran escala. El uso de grafeno multicapa en lugar de una sola capa en tales estructuras puede proporcionar valores mucho más altos de la polarización del espín del túnel debido a los efectos de filtrado de espín derivados de la estructura de banda predichos para estructuras seleccionadas de metal ferromagnético / grafeno multicapa. Este aumento mejoraría aún más el rendimiento de los dispositivos espintrónicos de nanocables al proporcionar relaciones de señal a ruido más altas y las velocidades de funcionamiento correspondientes. avanzar en las aplicaciones tecnológicas de los dispositivos de nanocables.