Esboço de um transistor de efeito de campo de spin de grafeno-WSe2. Com tensão de backgate zero (Vbg), o sinal de reversão de giros ao se propagar através do canal. Em contraste, quando o Vbg não é zero, a precessão é reduzida e os spins não invertem o sinal. Crédito:Ingla-Aynes et al.
Um objetivo crucial da pesquisa de spintrônica é manipular de forma coerente os spins de elétrons em temperatura ambiente usando corrente elétrica. Isso é particularmente valioso, pois permitiria o desenvolvimento de vários dispositivos, incluindo transistores de efeito de campo de spin.
Em experimentos usando materiais convencionais, engenheiros e físicos observaram até agora apenas precessão de spin coerente no regime balístico e em temperaturas muito baixas. Bidimensional (materiais 2D), Contudo, têm características únicas que podem fornecer novos botões de controle para manipular a procissão de rotação.
Pesquisadores do CIC nanoGUNE BRTA na Espanha e da Universidade de Regensburg na Alemanha demonstraram recentemente a precessão do spin à temperatura ambiente na ausência de um campo magnético no grafeno de duas camadas. Em seu jornal, publicado em Cartas de revisão física , eles usaram materiais 2D para realizar um transistor de efeito de campo de spin.
“No nosso grupo, há uma longa tradição de estudar o transporte de spin em vários materiais, como metais simples, por exemplo, "Josep Ingla-Aynes, Franz Herling, Jaroslav Fabian, Luis E. Hueso e Felix Casanova, os pesquisadores que realizaram o estudo, disse ao Phys.org por e-mail. "Nosso principal objetivo é entender como o spin do elétron pode transportar informações e como esse grau de liberdade pode ajudar a criar dispositivos com novas funcionalidades."
O grafeno está entre os materiais com os maiores comprimentos de relaxação de spin. Apesar disso, manipular os giros conforme eles viajam no grafeno pode ser muito desafiador e até agora só foi conseguido usando campos magnéticos externos, o que está longe de ser ideal para aplicações práticas.
Recentemente, Ingla-Aynés e seus colegas têm examinado como as heteroestruturas baseadas em diferentes materiais 2D, também conhecido como heteroestruturas de van der Waals, atuar em spintrônica. Heteroestruturas de Van der Waals, são uma classe de materiais 2D à base de grafeno com camadas que não são quimicamente ligadas.
"Temos explorado particularmente estruturas onde um material com acoplamento spin-órbita fraco (como o grafeno) é empilhado com um material com um acoplamento spin-órbita forte (como WSe 2 ) e observar experimentalmente como este acoplamento spin-órbita é realmente transferido para o grafeno por proximidade, "os pesquisadores explicaram." Mais tecnicamente, alcançando uma forte interação entre as camadas, é possível imprimir um acoplamento spin-órbita tão eficiente no grafeno (que atua como um campo magnético eficaz) que pode reverter os spins sem a necessidade de aplicar um campo magnético e é isso que queríamos fazer. "
Em vez de usar um único material, Ingla-Aynés e seus colegas usaram uma combinação de dois materiais com propriedades significativas diferentes. O primeiro desses materiais é o grafeno, que tem um acoplamento spin-órbita fraco e comprimento de relaxamento de spin longo. O segundo é WSe 2 , que tem um acoplamento spin-órbita forte e anisotrópico.
"Preparamos grafeno bicamada / WSe 2 heteroestruturas de van der Waals usando uma técnica de empilhamento à base de polímero seco, "disseram os pesquisadores." Então, para promover a proximidade entre as camadas, recozemos nossas amostras acima de 400 graus Celsius. Para medir o transporte de rotação, usamos eletrodos ferromagnéticos que, combinado com campos magnéticos, nos permitem medir spins no plano e fora do plano que viajam através do grafeno / WSe 2 canal."
Ingla-Aynés e seus colegas foram capazes de controlar os tempos de transporte de spin no material que usaram aplicando um campo elétrico no plano e uma voltagem backgate a eles. Em última análise, isso permitiu o controle elétrico da precessão do spin à temperatura ambiente, sem a necessidade de aplicar um campo magnético externo.
"Isso tem sido procurado pela comunidade há décadas e com a exploração de muitos materiais diferentes, ainda ninguém teve sucesso, até agora, "disseram os pesquisadores." Esta descoberta tem implicações para a aplicabilidade da spintrônica, como nosso dispositivo opera como o tão procurado transistor de spin Datta-Das, que tem sido um dos objetivos da spintrônica desde que foi proposta pela primeira vez em 1990. "
Em seu jornal, os pesquisadores apresentaram o primeiro transistor de efeito de campo de spin em temperatura ambiente usando a estratégia de precessão de spin que desenvolveram. No futuro, seu trabalho pode abrir caminho para a implementação prática de lógica baseada em spin com eficiência energética.
“Nosso estudo também tem uma consequência fundamental, pois fornece informações valiosas sobre como o transporte de spin é afetado pelas interações spin-órbita em heteroestruturas de van der Waals à base de grafeno, "disseram os pesquisadores." Em nossos próximos estudos, planejamos estudar várias outras combinações de materiais 2D que fornecerão novos efeitos físicos relacionados ao grau de liberdade de rotação. "
© 2021 Science X Network
