Representación conceptual de una unión de grafeno con filtrado de espín:las películas de níquel (que se muestran en azul) y de hierro (que se muestran en rojo) contienen una mezcla de electrones con espines hacia arriba y hacia abajo. Algunas capas de grafeno (que se muestran en gris) se encuentran entre las capas de metal para crear una ruta conductora para los electrones de un solo giro, mientras bloquea el otro giro. Una corriente impulsada a través de la unión metálica (etiquetada como 'J') se polariza en espín. Crédito:Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU.
Un equipo interdisciplinario de científicos del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. (NRL) ha informado de la primera demostración de filtrado de espín metálico a temperatura ambiente utilizando dispositivos de unión de película delgada de ferromagnético-grafeno-ferromagnético; el espín es una propiedad fundamental de los electrones, además de cobrar, que se puede utilizar para transmitir, procesar y almacenar datos.
"El filtrado de espín se había predicho teóricamente y se había visto anteriormente solo para estructuras de alta resistencia a temperaturas criogénicas, "dijo el Dr. Enrique Cobas, investigador principal, División de Ciencia y Tecnología de Materiales de NRL. "Los nuevos resultados confirman que el efecto funciona a temperatura ambiente con una resistencia muy baja en arreglos de múltiples dispositivos".
Las uniones de película delgada demostraron baja resistencia, y la característica de magnetorresistencia de una interfaz de filtro de giro desde temperaturas criogénicas hasta temperatura ambiente. El equipo de investigación también desarrolló un modelo de dispositivo para incorporar el filtrado de espín predicho al tratar explícitamente un canal de espín minoritario metálico con conversión de corriente de espín. y determinó que la polarización de espín era al menos del 80 por ciento en la capa de grafeno.
"El grafeno es famoso por sus extraordinarias propiedades en el plano, pero queríamos observar la conductividad entre láminas de grafeno apiladas y cómo interactúan con otros materiales, "dijo Cobas. Para hacerlo, Los investigadores de NRL desarrollaron una receta para cultivar grandes películas de grafeno multicapa directamente sobre un película de aleación de níquel cristalino conservando las propiedades magnéticas de esa película, luego modeló la película en matrices de uniones de barras transversales. "También queríamos demostrar que podíamos producir estos dispositivos con herramientas estándar de la industria, no solo hacer un dispositivo, "Agregó Cobas.
El fenómeno del filtrado de espín se debe a una interacción de las propiedades mecánicas cuánticas del grafeno con las de una película de níquel cristalino. Cuando las estructuras de níquel y grafeno se alinean, solo los electrones con un espín pueden pasar fácilmente de un material a otro, un efecto denominado filtrado de giro, que da como resultado la polarización de espín de una corriente eléctrica.
"Hay margen de mejora, ya que la teoría sugiere que el efecto se puede aumentar en un orden de magnitud ajustando el número de capas de grafeno". "dijo el Dr. Olaf van 't Erve, investigador científico, División de Ciencia y Tecnología de Materiales de NRL. "Sin embargo, los modelos actuales no incluyen la conversión de espín que ocurre dentro de los contactos ferromagnéticos. Una vez que tengamos en cuenta esos efectos, ya estamos cerca del caso ideal de polarización de espín del 100 por ciento en la capa de grafeno, permitiéndonos revisar la geometría y los materiales de nuestro dispositivo para maximizar el efecto ".
El resultado es relevante para la memoria de acceso aleatorio magnético no volátil (MRAM) de próxima generación, que utiliza pulsos de espín polarizado para cambiar un bit magnético de 0 a 1 y viceversa. También puede encontrar uso en futuras tecnologías de lógica de espín o como sensores magnéticos.
