p Cientistas do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA (NRL) criaram um novo tipo de estrutura de dispositivo de túnel em que a barreira do túnel e o canal de transporte são feitos do mesmo material, grafeno. Eles mostram que o grafeno diluidamente fluorado, uma única camada atômica de átomos de carbono disposta em uma matriz em colmeia bidimensional (2D), atua como uma barreira de túnel em outra camada de grafeno para transporte de carga e spin. Eles demonstram a injeção em túnel através do grafeno fluorado, e transporte lateral e detecção elétrica de corrente de spin pura no canal de grafeno. Eles relatam ainda os maiores valores de injeção de spin já medidos para o grafeno, fornecer evidências para o aumento da polarização de spin de túnel teoricamente prevista para ocorrer para certos metais ferromagnéticos no grafeno. Esta descoberta abre um caminho inteiramente novo para tornar altamente funcional, dispositivos eletrônicos e spintrônicos escalonáveis ​​baseados em grafeno uma realidade. p Os resultados da pesquisa são relatados em artigo publicado na revista. Nature Communications em 21 de janeiro, 2014.

p Os imperativos acoplados para redução da dissipação de calor e consumo de energia em eletrônicos de alta densidade reacenderam o interesse em dispositivos baseados em tunelamento, um fenômeno da mecânica quântica em que os elétrons transitam através de uma barreira de potencial, em vez de passar por ela. Como a barreira do túnel e o canal de transporte são normalmente materiais muito diferentes, tais dispositivos requerem o acasalamento de materiais diferentes, levantando questões de heteroepitaxia, uniformidade da camada, estabilidade da interface e estados de defeito eletrônico que complicam gravemente a fabricação e comprometem o desempenho.

p "Materiais 2D como grafeno e nitreto de boro hexagonal evitam esses problemas e oferecem um novo paradigma para barreiras de túneis", explica o Dr. Berend Jonker, Cientista sênior e líder do projeto. Em massa, esses materiais são compostos de camadas bem definidas que exibem ligação atômica muito forte no plano, mas ligação relativamente fraca entre as camadas, conhecido como ligação de van der Waals. Camadas simples podem ser prontamente separadas do volume, ou cultivadas diretamente sobre grandes áreas por uma variedade de técnicas. Essas camadas, portanto, têm uma forte tendência de serem muito uniformes em espessura até um único átomo, tem poucos defeitos, e não se misturam prontamente com outros materiais - essas são características-chave para uma barreira de túnel, em que a corrente do túnel depende exponencialmente da espessura da barreira.

p Os cientistas do NRL fluoram a camada superior de uma bicamada de grafeno para desacoplá-la da camada inferior, de modo que serve como uma barreira de túnel de monocamada única para injeção de carga e spin no canal de grafeno inferior. Eles depositam contatos ôhmicos (ouro) e permalloy ferromagnético (vermelho), como mostrado na figura, formando uma estrutura de válvula de rotação não local. Quando uma corrente de polarização é aplicada entre os dois contatos esquerdos, um túnel de corrente de carga polarizada por spin do permalloy para o canal de transporte de grafeno, gerando uma corrente de spin pura que se difunde para a direita. Esta corrente de spin é detectada como uma tensão no contato permalloy direito que é proporcional ao grau de polarização do spin e sua orientação. O caráter vetorial do spin (comparado ao caráter escalar da carga) fornece mecanismos adicionais para o controle e manipulação necessários para o processamento avançado de informações.

p A equipe NRL demonstrou a maior eficiência de injeção de spin já medida para grafeno (63%), e determinados tempos de vida de spin com o efeito Hanle. Em contraste com a maioria das barreiras de túnel de óxido no grafeno, o grafeno fluorado fornece uma eficiência de polarização de spin de tunelamento muito maior, atribuída à interface de filtragem de rotação e mais uniforme, barreira bem controlada, e permite a observação da tensão Hanle teoricamente prevista e o tempo de vida do spin na tensão da porta.

p Esses resultados identificam um novo caminho para a alta qualidade, dispositivos eletrônicos / spintrônicos de grafeno de última geração, incluindo transistores baseados em spin, lógica, e memória. Além disso, o processo é totalmente escalonável e facilmente realizado. "No futuro próximo, "prevê o Dr. Adam Friedman, autor principal do projeto, "Seremos capazes de escrever circuitos spintrônicos inteiros in situ no cultivo, grandes áreas de grafeno de duas camadas simplesmente modificando quimicamente e seletivamente a camada superior de grafeno. "O fluorografeno / grafeno permite a realização de estruturas homoepitaxiais de carbono de poucas camadas para dispositivos eletrônicos versáteis.