Científicos insignia de grafeno con base en la Universidad de Groningen, Los países bajos, han creado un dispositivo basado en una capa doble de grafeno y nitruro de boro que muestra una eficiencia de transporte de espín sin precedentes a temperatura ambiente. Destacando el potencial de crear dispositivos que contengan grafeno y materiales relacionados, la señal de giro medida aquí es tan grande que se puede utilizar en aplicaciones de la vida real, como la lógica basada en el giro y los transistores.

Publicado en Comunicaciones de la naturaleza , esta investigación, dirigido por el profesor Bart van Wees, Universidad de Groningen, Los países bajos, informa sobre un dispositivo basado en grafeno en el que los espines de electrones pueden inyectarse y detectarse a temperatura ambiente con alta eficiencia. La clave es la interacción entre el grafeno y el nitruro de boro en la forma en que conducen los giros de electrones.

El espín se puede considerar como la rotación de un electrón alrededor de su propio eje. Es una forma de momento angular intrínseco y se puede detectar como un campo magnético con una de dos orientaciones:hacia arriba y hacia abajo. El giro de los electrones es difícil de manejar y, a menudo, pierde dirección con el tiempo. Para usar el espín de electrones en un dispositivo, La polarización de espín es importante:es la capacidad de controlar la fracción de electrones con un espín hacia arriba o hacia abajo. "La polarización de espín se puede lograr enviando los electrones a través de un material ferromagnético, "explica van Wees.

El profesor van Wees y su equipo demostraron que podían mejorar en gran medida la eficiencia de la inyección y detección de electrones de espín en el grafeno mediante el uso del nitruro de boro aislante entre la capa de grafeno y los electrodos inyectores / detectores de espín ferromagnéticos.

"El grafeno es un material muy bueno para el transporte de pero no permite manipular los giros, "dice van Wees" Para inyectar espines en el grafeno, hay que hacerlos pasar de un ferromagnético a través de un aislante de nitruro de boro mediante tunelización cuántica. Descubrimos que el uso de una capa de dos átomos de nitruro de boro resultó en una polarización de espín muy fuerte de hasta el 70 por ciento, 10 veces más de lo que obtenemos habitualmente ".

En los dispositivos producidos, la polarización aumenta con el voltaje, desafiando el pensamiento actual de que es solo la influencia ferromagnética la que polariza el giro. En lugar de, parecería que es el túnel cuántico lo que polariza el espín en sus dispositivos. Los investigadores también encontraron un aumento similar de diez veces en la detección de espín en el mismo dispositivo. "Así que, en general, la señal aumentó en un factor de 100, "dijo van Wees.

Esto crea muchas posibilidades. "Ahora podemos inyectar espines en el grafeno y medirlos fácilmente después de que viajen una cierta distancia. Una aplicación sería como detector de campos magnéticos, lo que afectará la señal de giro ".

Otra posibilidad sería construir una puerta lógica de espín o un transistor de espín. Como los experimentos con el nuevo dispositivo se realizaron a temperatura ambiente, tales aplicaciones están al alcance. "Sin embargo, "van Wees dice, 'usamos grafeno que obtuvimos por exfoliación, utilizando cinta adhesiva para despegar las monocapas de un trozo de grafito. Esto no es adecuado para la producción a gran escala ". Las técnicas para hacer grafeno de alta calidad a escala industrial son un enfoque del Graphene Flagship.

El profesor Vladimir Falko del Graphene Flagship dice:"La encapsulación de grafeno en nitruro de boro y el uso de heteroestructuras de estos dos materiales para nuevos dispositivos, incluidos los transistores de túnel, es una tendencia prometedora en la investigación del grafeno que anteriormente ha arrojado muchos resultados interesantes. La observación reportada lleva la espintrónica del grafeno a un nivel cualitativamente nuevo ".

Spintronics se centra en dispositivos espintrónicos de grafeno a temperatura ambiente, uniendo la investigación teórica y experimental, y se considera una inversión a largo plazo para Graphene Flagship. Con tanto progreso en los elementos individuales para producir dispositivos espintrónicos completamente funcionales, el siguiente paso es unirlos. El trabajo recientemente publicado del profesor Saroj Dash de la Universidad de Chalmers, socio insignia de Graphene, Suecia, mostró la capacidad de controlar la cantidad de giro con un voltaje de puerta, todo a temperatura ambiente. Facilitar la colaboración en proyectos como estos es un objetivo central del Graphene Flagship.