Los físicos de la Universidad de Groningen construyeron un transistor de espín bidimensional, en el que las corrientes de espín fueron generadas por una corriente eléctrica a través del grafeno. Se colocó una monocapa de dicalcogenuro de metal de transición (TMD) encima del grafeno para inducir la conversión de carga a espín en el grafeno. Esta observación experimental fue descrita en el número de la revista Nano letras publicado el 11 de septiembre de 2019.

La espintrónica es una forma alternativa atractiva de crear dispositivos electrónicos de bajo consumo. No se basa en una corriente de carga, sino en una corriente de espines de electrones. El giro es una propiedad de la mecánica cuántica de un electrón, un momento magnético que podría usarse para transferir o almacenar información.

Heteroestructura

Grafeno una forma 2-D de carbono, es un excelente transportador de vueltas. Sin embargo, para crear o manipular giros, es necesaria la interacción de sus electrones con los núcleos atómicos:acoplamiento espín-órbita. Esta interacción es muy débil en carbono, lo que dificulta la generación o manipulación de corrientes de espín en el grafeno. Sin embargo, Se ha demostrado que el acoplamiento espín-órbita en el grafeno aumentará cuando se coloque una monocapa de un material con átomos más pesados ​​(como un TMD) en la parte superior. creando una heteroestructura de Van der Waals.

En el grupo de Física de Nanodispositivos, dirigido por el profesor Bart van Wees en la Universidad de Groningen, Doctor. la estudiante Talieh Ghiasi y el investigador postdoctoral Alexey Kaverzin crearon tal heteroestructura. Usando electrodos de oro, pudieron enviar una corriente de carga pura a través del grafeno y generar una corriente de giro, conocido como el efecto Rashba-Edelstein. Esto sucede debido a la interacción con los átomos pesados ​​de la monocapa TMD (en este caso, disulfuro de tungsteno). Este conocido efecto se observó por primera vez en el grafeno que estaba cerca de otros materiales 2-D.

Simetrías

"La corriente de carga induce una corriente de giro en el grafeno, que podríamos medir con electrodos de cobalto ferromagnéticos selectivos de espín, ", dice Ghiasi. Esta conversión de carga a giro hace posible construir circuitos de giro totalmente eléctricos con grafeno. Anteriormente, los espines tuvieron que inyectarse a través de un ferromaimán. "También hemos demostrado que la eficiencia de la generación de la acumulación de espín se puede ajustar mediante la aplicación de un campo eléctrico, "agrega Ghiasi. Esto significa que han construido un transistor de espín en el que la corriente de espín se puede encender y apagar.

El efecto Rashba-Edelstein no es el único efecto que produce una corriente de espín. El estudio muestra que el efecto Spin-Hall hace lo mismo, pero que estos giros están orientados de manera diferente. "Cuando aplicamos un campo magnético, hacemos girar los giros en el campo. Las diferentes simetrías de las señales de espín generadas por los dos efectos en interacción con el campo magnético nos ayudan a desenredar la contribución de cada efecto en un sistema. ", explica Ghiasi. También fue la primera vez que se observaron ambos tipos de mecanismos de conversión de carga a espín en el mismo sistema". Esto nos ayudará a obtener conocimientos más fundamentales sobre la naturaleza del acoplamiento espín-órbita en estas heteroestructuras. "

Buque insignia de grafeno

Aparte de los conocimientos fundamentales que puede proporcionar el estudio, La construcción de un transistor de espín 2-D totalmente eléctrico (sin ferroimanes) tiene una importancia considerable para las aplicaciones espintrónicas, que también es un objetivo del buque insignia de grafeno de la UE. "Esto es especialmente cierto porque pudimos ver el efecto a temperatura ambiente. La señal de giro disminuyó al aumentar la temperatura, pero todavía estaba muy presente en condiciones ambientales".