Investigadores del Grupo de Nanociencia Computacional y Teórica ICN2, así como de la Université catholique de Louvain, han utilizado simulaciones numéricas para demostrar que la longitud de difusión del espín es independiente del tamaño del grano. Los resultados se publican en Nano letras y tienen implicaciones para la optimización de dispositivos espintrónicos basados ​​en grafeno.

El grafeno es un material que ha ido ganando fama en los últimos años por sus magníficas propiedades. En particular, para espintrónica, el grafeno es un material valioso porque los espines de los electrones utilizados permanecen inalterados durante un tiempo relativamente largo. Sin embargo, El grafeno debe producirse a gran escala para poder utilizarse en dispositivos futuros. Con ese respeto, La deposición química en fase de vapor (CVD) es el método de fabricación más prometedor.

La CVD implica el cultivo de grafeno en un sustrato metálico a altas temperaturas. En este proceso, la generación de grafeno comienza en diferentes puntos del sustrato simultáneamente. Esto produce diferentes dominios monocristalinos de grafeno separados entre sí a través de límites de grano, que consta de matrices de cinco, anillos de carbono de siete o incluso ocho miembros. El producto final es, por lo tanto, grafeno policristalino.

¿Es el grafeno policristalino tan bueno como el grafeno monocristalino para la espintrónica? Los límites de grano son una fuente importante de dispersión de cargas, aumentando la resistencia eléctrica del material. ¿Cómo afectan al transporte de espirales?

Algunos experimentos sugieren que los límites de los granos no juegan un papel importante en el transporte de espín. En este contexto, Dr. Aron W. Cummings, del Grupo de Nanociencia Teórica y Computacional ICN2, dirigido por el Prof. ICREA Stephan Roche, junto con investigadores de la Université catholique de Louvain (Bélgica), han utilizado simulaciones de primeros principios para estudiar el impacto de los límites de los granos en el transporte de espín en el grafeno policristalino. El estudio se publica en Nano letras .

Los investigadores han considerado dos mecanismos diferentes por los cuales los espines podrían perder su orientación original (relajación del espín). Uno explica la aleatorización de espines dentro de los granos debido al acoplamiento espín-órbita, el otro considera la posibilidad de que los giros se inviertan debido a la dispersión en un límite de grano. Sin embargo, los investigadores encontraron que el último caso no sucedió. Los límites de los granos no tienen ningún efecto adverso sobre el transporte de espirales.

Por lo tanto, La longitud de difusión del espín en el grafeno policristalino es independiente del tamaño de grano y depende únicamente de la fuerza del acoplamiento espín-órbita inducido por el sustrato. Es más, esto es válido no solo para el régimen difusivo de transporte, sino también para el débilmente localizado, en el que comienzan a prevalecer los fenómenos cuánticos. Esta es la primera simulación de mecánica cuántica que confirma que la misma expresión para la longitud de difusión de espín se mantiene en ambos regímenes.

La investigación destaca el hecho de que el grafeno de dominio único puede no ser un requisito para las aplicaciones de espintrónica, y que el grafeno policristalino cultivado con CVD puede funcionar igual de bien. Esto pone el foco en otros aspectos para mejorar en la producción de grafeno, como la eliminación de impurezas magnéticas.