Para hacer transistores que operen usando el espín de los electrones en lugar de su carga, es necesario encontrar una manera de encender y apagar las corrientes de espín. Es más, la vida útil de los espines debería ser al menos igual al tiempo que tardan estos electrones en viajar a través de un circuito. Los científicos de la Universidad de Groningen han dado un importante paso adelante al crear un dispositivo que cumple con estos dos requisitos, basado en una doble capa de grafeno sobre una capa de disulfuro de tungsteno. Sus resultados han sido publicados el 16 de octubre en la revista Revisión física B .

Grafeno una forma bidimensional de carbono, es un excelente conductor de espines de electrones. Sin embargo, es difícil manipular las corrientes de giro en este material. Spin es una propiedad de la mecánica cuántica de los electrones, lo que los hace comportarse como pequeños imanes. El grupo de Física de Nanodispositivos de la Universidad de Groningen, dirigido por el profesor Bart van Wees, está trabajando en este problema. Anteriormente han demostrado que es posible controlar las corrientes de giro si el grafeno se coloca sobre una capa de disulfuro de tungsteno (otro material 2-D).

Nueva técnica

"Sin embargo, este enfoque reduce la vida útil de los giros, "explica Siddhartha Omar, un postdoctorado en el grupo Van Wees. El tungsteno es un metal, y sus átomos influyen en los electrones que pasan a través del grafeno, disipando las corrientes de giro. Esto llevó a Omar a usar una doble capa de grafeno en el disulfuro de tungsteno, basado en la teoría de que los electrones que pasan a través de la capa superior deberían "sentir" menos influencia de los átomos metálicos.

Omar también usó otra técnica nueva, en el que dos tipos diferentes de corriente de espín pasan a través del grafeno. El giro es un momento magnético que tiene una dirección determinada. En materiales normales, los giros no están alineados. Sin embargo, el momento magnético de las corrientes de espín, como el de los imanes, tiene una alineación preferencial. En relación con el material a través del cual pasan los electrones, sus giros pueden tener una orientación en el plano o una orientación fuera del plano.

Nivel de energía

"Encontramos eso, a medida que los electrones atraviesan la capa exterior de grafeno, los giros en el plano se disipan muy rápidamente, en meros picosegundos. Sin embargo, la vida útil de los giros fuera del plano es unas cien veces más larga ". Esto significa que, incluso en presencia de disulfuro de tungsteno, un componente de las corrientes de espín (espines con una orientación fuera del plano) puede viajar lo suficientemente lejos para ser utilizado en dispositivos como transistores.

El nivel de energía de las corrientes de giro observadas por Omar hizo que pasaran a través de la capa superior de grafeno. Este nivel de energía se puede aumentar aplicando un campo eléctrico, empujando las corrientes de giro hacia la capa inferior. "Ahí abajo, los giros sentirán el efecto completo de los átomos de metal y las corrientes de giro se disiparán rápidamente, "Omar explica. Esta capacidad de desconectar la corriente de giro mediante un campo eléctrico es importante, ya que podría usarse para "compuerta" transistores basados ​​en esta tecnología.

"Desafortunadamente, ciertas limitaciones técnicas del sustrato sobre el que construimos estos dispositivos nos impiden crear campos eléctricos lo suficientemente fuertes como para producir este efecto de puerta, "dice Omar". Sin embargo, hemos demostrado que es posible enviar corrientes de espín a través de una heteroestructura hecha de grafeno y disulfuro de tungsteno. Ese es un paso importante hacia la creación de un transistor de espín ".