Ilustração do transporte de spin anisotrópico em um floco de grafeno de duas camadas entre os eletrodos injetores e detectores. Os spins fora do plano são bem transmitidos, enquanto os spins dentro do plano decaem rapidamente. Crédito:Talieh Ghiasi / Van Wees Lab / Universidade de Groningen
Físicos da Universidade de Groningen, em colaboração com um grupo de física teórica da Universität Regensburg, construíram um dispositivo de grafeno de duas camadas otimizado que exibe tempos de vida longos de spin e anisotropia de tempo de spin eletricamente controlável. Ele tem potencial para aplicações práticas, como dispositivos lógicos baseados em spin. Os resultados foram publicados em Cartas de revisão física em 20 de setembro.
A miniaturização dos elementos dos sistemas de computador nos últimos 60 anos aumentou sua capacidade, permitindo que eles se espalhem por quase todos os aspectos da vida diária. Os microprocessadores atingiram escalas abaixo de 100 átomos e estão se aproximando dos limites fundamentais. Devido às maiores demandas, são necessários novos conceitos que podem fornecer funcionalidades aprimoradas. Nesse contexto, pesquisadores estão estudando o uso do spin para o transporte e armazenamento de informações. Spin é uma propriedade da mecânica quântica dos elétrons, o que lhes dá um momento magnético que pode ser usado para transferir ou armazenar informações. O campo da eletrônica baseada em spin (spintrônica) já fez o seu caminho para os discos rígidos dos computadores, e também promete revolucionar as unidades de processamento.
O grafeno é um excelente condutor de spins de elétrons, mas é difícil controlar os spins neste material por causa de sua fraca interação com os átomos de carbono (o acoplamento spin-órbita). Trabalho anterior do grupo de Física de Nanodispositivos da Universidade de Groningen, liderado pelo Professor Bart van Wees, colocou o grafeno próximo a um dichalcogeneto de metal de transição, um material em camadas com alta força de acoplamento spin-órbita intrínseca. A alta força de acoplamento spin-órbita foi transferida para o grafeno por meio de uma interação de curto alcance na interface. Isso tornou possível controlar as correntes de spin, mas apenas ao custo de uma duração de centrifugação reduzida.
No novo estudo, os pesquisadores conseguiram controlar as correntes de spin em uma bicamada de grafeno. "Isso foi realmente previsto em um artigo teórico em 2012, mas a tecnologia para medir o efeito com precisão só se tornou disponível recentemente, "explica Christian Leutenantsmeyer, um Ph.D. aluno do grupo Van Wees e primeiro autor do artigo PRL. O artigo é uma colaboração entre o grupo Van Wees e um grupo de física teórica da Universität Regensburg, na Alemanha.
Christian Leutenantsmeyer (L) e co-autor Josep Ingla-Aynés. Crédito:Van Wees lab / University of Groningen
O artigo de 2012 previu o transporte anisotrópico de spin em bicamadas de grafeno como consequência do acoplamento spin-órbita no grafeno de bicamada. O transporte de spin anisotrópico descreve a situação em que os spins que apontam para dentro ou para fora do plano do grafeno são conduzidos com diferentes eficiências. Isso foi observado nos dispositivos que Leutenantsmeyer e seus colegas produziram.
A corrente de spin também pode ser controlada usando anisotropia de tempo de vida de spin, uma vez que os spins no plano vivem muito mais curtos do que os fora do plano, e pode ser usado em dispositivos para polarizar correntes de spin. Leutenantsmeyer diz, "Descobrimos que a anisotropia de força é comparável aos dispositivos de grafeno / dichalcogeneto de metal de transição, mas observamos uma vida útil de spin 100 vezes maior. Portanto, alcançamos um transporte de giro eficiente e um controle eficiente de giros. "
O trabalho fornece uma visão sobre as propriedades fundamentais do acoplamento spin-órbita no grafeno de duas camadas. "E além disso, nossas descobertas abrem novos caminhos para o controle elétrico eficiente de spins em grafeno de alta qualidade, um marco para o grafeno. "
