En espintrónica, el momento magnético de los electrones (espín) se utiliza para transferir y manipular información. Se podría construir un circuito de lógica de espín 2D ultracompacto a partir de materiales 2D que pueden transportar la información de espín a largas distancias y también proporcionar una fuerte polarización de espín de la corriente de carga. Experimentos realizados por físicos de la Universidad de Groningen (Países Bajos) y la Universidad de Colombia (EE. UU.) Sugieren que el grafeno magnético puede ser la mejor opción para estos dispositivos de lógica de espín 2D, ya que convierte de manera eficiente la carga en corriente de espín y puede transferir esta fuerte polarización de espín. Sobre largas distancias. Este descubrimiento fue publicado el 6 de mayo en Nanotecnología de la naturaleza .

Los dispositivos espintrónicos son alternativas prometedoras de alta velocidad y ahorro de energía para la electrónica actual. Estos dispositivos utilizan el momento magnético de los electrones, los llamados espines ('arriba' o 'abajo') para transferir y almacenar información. La reducción continua de la tecnología de la memoria requiere dispositivos espintrónicos cada vez más pequeños y, por lo tanto, busca materiales atómicamente delgados que puedan generar activamente grandes señales de espín y transferir la información de espín a distancias micrométricas.

Grafeno

Por mas de una decada, el grafeno ha sido el material 2D más favorable para el transporte de información de espín. Sin embargo, el grafeno no puede generar corriente de espín por sí mismo a menos que sus propiedades se modifiquen adecuadamente. Una forma de lograrlo es hacer que actúe como material magnético. El magnetismo favorecería el paso de un tipo de espín y, por lo tanto, crearía un desequilibrio en el número de electrones con spin-up versus spin-down. En grafeno magnético, esto daría lugar a una corriente de espín muy polarizado.

Esta idea ahora había sido confirmada experimentalmente por los científicos del grupo de Física de Nanodispositivos dirigido por el prof. Bart van Wees en la Universidad de Groningen, Instituto Zernike de materiales avanzados. Cuando acercaron el grafeno a un antiferromagnet en capas 2D, CrSBr, podrían medir directamente una gran polarización de espín de la corriente, generado por el grafeno magnético.

Spin-lógica

En dispositivos espintrónicos convencionales basados ​​en grafeno, Los electrodos ferromagnéticos (cobalto) se utilizan para inyectar y detectar la señal de giro en el grafeno. A diferencia de, en circuitos construidos con grafeno magnético, la inyección, el transporte y la detección de los espines todo puede ser realizado por el propio grafeno, explica Talieh Ghiasi, primer autor del artículo. "Detectamos una polarización de espín excepcionalmente grande de conductividad del 14% en el grafeno magnético que también se espera que se pueda sintonizar de manera eficiente mediante un campo eléctrico transversal". Esta, junto con las excepcionales propiedades de transporte de carga y espín del grafeno permite la realización de circuitos lógicos de espín 2D totalmente de grafeno donde el grafeno magnético solo puede inyectarse, transportar y detectar la información de giro.

Es más, la inevitable disipación de calor que ocurre en cualquier circuito electrónico se convierte en una ventaja en estos dispositivos espintrónicos. “Observamos que el gradiente de temperatura en el grafeno magnético debido al calentamiento de Joule se convierte en corriente de espín. Esto sucede por el efecto Seebeck dependiente del espín que también se observa en el grafeno por primera vez en nuestros experimentos. ", dice Ghiasi. La generación eléctrica y térmica eficiente de corrientes de espín mediante el grafeno magnético promete avances sustanciales tanto para las tecnologías espintrónica 2D como para las caloritrónicas de espín.

El transporte de espín en el grafeno, es más, es muy sensible al comportamiento magnético de la capa más externa del antiferromaimán vecino. Esto implica que tales medidas de transporte de espín permiten la lectura de la magnetización de una sola capa atómica. Por lo tanto, Los dispositivos magnéticos basados ​​en grafeno no solo abordan los aspectos tecnológicamente más relevantes del magnetismo en el grafeno para la memoria 2D y los sistemas sensoriales, sino que también brindan más información sobre la física del magnetismo.

Las implicaciones futuras de estos resultados se investigarán en el contexto del buque insignia de grafeno de la UE, que trabaja hacia nuevas aplicaciones de grafeno y materiales 2D.