Pesquisadores do IMDEA Nanociencia e outros centros europeus descobriram que a combinação de grafeno com cobalto oferece propriedades relevantes no campo do magnetismo. Esta descoberta prepara o terreno para o desenvolvimento de novos dispositivos lógicos que podem armazenar grandes quantidades de dados rapidamente e com consumo reduzido de energia.

Uma das tecnologias mais recentes para a codificação digital de informações é o spin orbitronics, que não só explora a carga do elétron (eletrônica) e seu spin (spintrônica), mas também a interação do spin com seu movimento orbital, oferecendo uma infinidade de propriedades que são relevantes no magnetismo.

Esta tecnologia é aplicada em certos materiais para gerar configurações magnéticas que são muito estáveis, mas que podem ser controladas e movidas rapidamente com correntes elétricas muito pequenas. As estruturas resultantes são consideradas muito promissoras para futuros dispositivos spin-orbitrônicos, pois fornecem alta velocidade de processamento e alta capacidade de armazenamento de dados, com baixo consumo de energia.

Agora, uma equipe europeia liderada pelo Instituto IMDEA Nanociencia desenvolveu uma metodologia para preparar tal sistema. Consiste em um dispositivo feito de filmes de grafeno empilhados (uma única camada de grafite atômica) colocados em cobalto ferromagnético, dispostas por sua vez em uma camada de platina com uma certa orientação cristalográfica. Os detalhes são publicados em Nano Letras .

O principal autor do estudo, Paolo Perna da IMDEA Nanociencia, explica as vantagens desta configuração:"Por um lado, as propriedades excepcionais do grafeno tornam possível obter um homogêneo, camada magnética plana e protegida, que também é atomicamente perfeito. Contudo, o que mais importa são as duas propriedades magnéticas alcançadas:uma melhoria na anisotropia magnética do cobalto (suas espinhas são preferencialmente orientadas em uma determinada direção), e uma forte interação chamada Dzyaloshinskii-Moriya, que permite a presença de estruturas magnéticas quirais, visto que não se sobrepõem à sua imagem especular. "

Skyrmions para transportar informações binárias

Essas estruturas magnéticas quirais de tamanho nanométrico são chamadas de skyrmions. Eles são muito estáveis ​​e agem como portadores de informações binárias à medida que viajam através do grafeno. "Ao passar por dois contatos elétricos, cada skyrmion produz uma mudança na resposta elétrica que pode ser decodificada em zeros e uns, "explica Perna.

"Desta maneira, no futuro próximo, será possível produzir dispositivos magnéticos spin-orbitrônicos, como memórias magnéticas ou sensores que são muito mais rápidos e mais densos do que os atuais, e com consumo de energia muito menor, "diz o pesquisador.

Para detectar as propriedades, os autores usaram técnicas combinadas de espectroscopia e microscopia, incluindo alguns com luz no síncrotron ALBA perto de Barcelona. Pesquisadores das Universidades Complutense e Autônoma de Madrid, junto com o Instituto Néel de Grenoble (França), também participaram do estudo.

Como base do dispositivo, os autores usaram substratos isolantes de óxido. A fim de obter grafeno de alta qualidade, substratos metálicos são geralmente usados ​​em laboratórios, mas são muito caros para a indústria e, como condutores, eles não permitiriam o isolamento elétrico do dispositivo com o chip.

“Provamos que é viável preparar estruturas magnéticas de alta qualidade baseadas em grafeno e em substratos isolantes de óxido, que pode ser implementado nos processos de fabricação atuais, "Observa Perna.