Ao combinar o grafeno com outro material bidimensional, pesquisadores da Chalmers University of Technology criaram um protótipo de um dispositivo semelhante a um transistor para futuros computadores, baseado no que é conhecido como spintrônica. Girar como portador de informações pode resultar em componentes eletrônicos significativamente mais rápidos e com maior eficiência energética. Também pode levar a componentes mais versáteis, capazes de cálculo e armazenamento de dados. A descoberta está publicada na revista científica Nature Communications .

Há pouco mais de dois anos, o mesmo grupo de pesquisa da Chalmers University of Technology demonstrou que o grafeno, que é um excelente condutor elétrico, também tem propriedades spintrônicas insuperáveis.

A malha de carbono superfina provou ser capaz de transportar elétrons com spin coordenado por distâncias mais longas e preservando o spin por mais tempo do que qualquer outro material conhecido em temperatura ambiente.

Embora a distância ainda esteja na escala de alguns micrômetros e o tempo ainda seja medido em nanossegundos, isso, em princípio, abriu a porta para a possibilidade de usar spin em componentes microeletrônicos.

"Mas, não basta ter uma boa auto-estrada para o sinal de rotação circular. Você também precisa de semáforos para que o sinal possa ser controlado, "diz o professor associado Saroj Dash, líder do grupo de pesquisa.

"Nosso novo desafio passou a ser encontrar um material que pudesse transmitir e controlar o giro. É difícil, uma vez que ambas as tarefas normalmente requerem propriedades materiais completamente opostas, " ele explica.

Como muitos outros pesquisadores no campo quente do grafeno, os pesquisadores da Chalmers, portanto, optaram por testar uma combinação de grafeno e outro fino, o chamado material bidimensional, com propriedades spintrônicas contrastantes.

"Nosso material de escolha foi dissulfeto de molibdênio, MoS2, devido ao seu baixo tempo de vida de rotação a vapor do acoplamento de alta rotação-órbita, "afirma André Dankert, pesquisadora de pós-doutorado no grupo.

André Dankert e Saroj Dash projetaram um experimento onde algumas camadas de dissulfeto de molibdênio foram colocadas em cima de uma camada de grafeno em um tipo de sanduíche, referido como uma heteroestrutura. Com isso, eles poderiam identificar em detalhes o que acontece com o sinal de spin quando a corrente de elétrons atinge a heteroestrutura:

"Em primeiro lugar, a magnitude do sinal de spin e o tempo de vida no grafeno são reduzidos dez vezes apenas pelo contato próximo com o dissulfeto de molibdênio. Mas, também mostramos como se pode controlar o sinal e a vida útil aplicando tensão de porta elétrica na heteroestrutura, "explica Saroj Dash.

Isso ocorre porque a barreira de energia natural que existe entre as camadas materiais, chamada de barreira Schottky, reduz quando a tensão elétrica é aplicada. Com isso, os elétrons podem criar um túnel mecânico quântico do grafeno para o dissulfeto de molibdênio. Isso faz com que a polarização do spin desapareça; a rotação torna-se distribuída aleatoriamente.

Abrir ou fechar uma "válvula" dessa maneira, regulando uma tensão, é semelhante ao funcionamento de um transistor na eletrônica convencional. Apesar disso, Saroj Dash hesita um pouco em chamar o dispositivo de transistor de spin.

"Quando os pesquisadores propuseram transistores de spin futuros, eles frequentemente imaginavam algo baseado na tecnologia de semicondutores e na chamada manipulação coerente do spin do elétron. O que fizemos funciona de uma maneira completamente diferente, mas executa uma tarefa de comutação semelhante, " ele diz.

"Esta é a primeira vez que alguém consegue demonstrar que o controle de gate da corrente de spin e do tempo de vida do spin funciona à temperatura ambiente - o que aumenta naturalmente as possibilidades de diferentes aplicações no futuro, "diz Saroj Dash.

Embora seja muito cedo para prever quais seriam, Dash aponta que um componente baseado neste princípio pode ser extremamente versátil porque contém elementos de memória magnética, semicondutores e grafeno, bem como ter a capacidade de realizar comutação spintrônica.

“Ele aponta para um componente multifuncional que pode lidar com o armazenamento de dados e o trabalho do processador - em uma única unidade”.

Fatos:dissulfeto de molibdênio, MoS2

Dissulfeto de molibdênio é uma substância semicondutora com a qual muitos entraram em contato, uma vez que é o ingrediente ativo de um determinado tipo de lubrificante vendido em seu posto de gasolina local.

Com sua estrutura em camadas, dissulfeto de molibdênio tem semelhanças com o grafite, que é feito de várias camadas de grafeno que se unem. Contudo, quando se trata de spintrônica, os materiais são os opostos uns dos outros. O dissulfeto de molibdênio não permite a passagem de nenhuma corrente de elétrons polarizada. O sinal de spin encontra uma morte súbita, uma vez que os elétrons voltam rapidamente ao seu estado natural, mistura aleatória de giro para cima e giro para baixo.

Fatos:Spin e spintrônica

O spin é uma propriedade da mecânica quântica dos elétrons e outras partículas elementares. O giro é direcionado para cima ou para baixo. A distribuição é normalmente aleatória.

Mas, às vezes, todos ou a maioria dos elétrons em um material têm seu spin orientado na mesma direção - para cima ou para baixo. É assim que ocorre o magnetismo.

Com a ajuda de ímãs, uma corrente de elétrons pode ser homogeneizada - isto é, polarizada - de modo que todos os elétrons tenham spin para cima, por exemplo. Diz-se que a corrente carrega um sinal de spin.

O giro coordenado é sensível a interrupções e pode ser facilmente perdido, mas o grafeno provou ser um condutor que permite que uma corrente viaje excepcionalmente por muito tempo com seu spin intacto. Tempo suficiente para ser capaz de usar o spin como portador de informações em componentes lógicos futuros - spintrônica.