(Phys.org) —Los investigadores han demostrado que recubrir una película de cobalto con grafeno duplica la anisotropía magnética perpendicular (PMA) de la película, de modo que alcanza un valor 20 veces superior al de las tradicionales multicapas metálicas de cobalto / platino que se están investigando para esta propiedad. En un material con un alto PMA, la magnetización está orientada perpendicular a la interfaz de las capas del material. Se están investigando materiales con alto contenido de PMA para sus aplicaciones en dispositivos espintrónicos de próxima generación, como memorias de alta densidad y puertas lógicas tolerantes al calor.
Los investigadores, Hongxin Yang, et al., han publicado un artículo sobre la mejora gigante de PMA en un número reciente de Nano letras .

En general, Los dispositivos espintrónicos funcionan mediante el uso de campos magnéticos y eléctricos para cambiar los espines de electrones entre sus dos estados, lo que permite que los giros se utilicen como portadores de información binaria. Uno de los objetivos en esta área es reducir el tamaño de los dispositivos espintrónicos mientras se logra una retención de información a largo plazo de más de 10 años. Para hacer esto, el material de almacenamiento debe tener un PMA grande.

"La anisotropía magnética perpendicular (PMA) en las interfaces ferromagnéticas de metal de transición / aislante se ha vuelto de gran interés en el contexto del desarrollo de varios dispositivos espintrónicos, "coautor Mairbek Chshiev, físico teórico y profesor de la Universidad Joseph Fourier de Grenoble, Francia, dicho Phys.org . "La mejora de la PMA efectiva podría lograrse aumentando la PMA de la superficie o minimizando la magnetización de saturación de la capa de almacenamiento. Las heteroestructuras de co-grafeno presentadas en el manuscrito se benefician de ambas propiedades".

Como explican los investigadores en su artículo, la mejora de PMA en las películas de cobalto recubiertas de grafeno se origina a nivel atómico, donde el grafeno afecta la energía de los diferentes orbitales de electrones del cobalto. El recubrimiento de grafeno cambia la forma en que estos orbitales se superponen entre sí, lo que a su vez cambia la dirección del campo magnético general de la película de cobalto:parte de la magnetización que originalmente era paralela a la superficie de la película ahora está orientada perpendicular a la superficie de la película.

El cobalto recubierto de grafeno tiene otra ventaja, que es que la película se puede hacer significativamente más gruesa que otros materiales con alto contenido de PMA. Típicamente, Los materiales de alto PMA solo pueden tener un grosor de cinco o más capas antes de que su magnetismo perpendicular comience espontáneamente a reorientarse en la dirección paralela. Los investigadores demostraron aquí que el cobalto recubierto de grafeno puede mantener su orientación perpendicular incluso con 13 capas de espesor. que es otro beneficio para las aplicaciones.

"Para optimizar aún más la escalabilidad de reducción de tamaño de los dispositivos espintrónicos, el PMA efectivo de la capa de almacenamiento debe maximizarse para que el factor de estabilidad térmica permanezca lo suficientemente alto como para lograr una retención a largo plazo en aplicaciones gigabit, "Dijo Chshiev.

Los investigadores esperan que estos resultados, que demuestran la gran mejora de PMA proporcionada por el revestimiento de grafeno, hará que las estructuras de grafeno-cobalto sean candidatos prometedores para futuros dispositivos espintrónicos. Ellos plantan para continuar investigando otros materiales con alto contenido de PMA en el futuro.

"Exploraremos otras combinaciones de materiales con un acoplamiento de órbita de espín bajo pero valores de PMA altos para dispositivos espintrónicos tradicionales y de grafeno en geometría vertical". incluidas las uniones de túneles magnéticos, ", Dijo Chshiev." También se explorarán los fenómenos de órbita giratoria en dispositivos laterales basados ​​en grafeno ".

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