Pesquisadores da Chalmers University of Technology, Suécia, demonstraram o efeito galvânico de rotação, que permite a conversão de densidade de spin fora do equilíbrio em uma corrente de carga. Aqui, combinando grafeno com um isolante topológico, os autores percebem um efeito galvânico de rotação ajustável à temperatura ambiente. Os resultados foram publicados na revista científica Nature Communications .

"Acreditamos que esta realização experimental atrairá muita atenção científica e colocará isoladores topológicos e grafeno no mapa para aplicações em tecnologias spintrônicas e quânticas, "diz o professor associado Saroj Prasad Dash, que lidera o grupo de pesquisa no Laboratório de Física de Dispositivos Quânticos (QDP), o Departamento de Microtecnologia e Nanociência - MC2.

Grafeno, uma única camada de átomos de carbono, tem propriedades extraordinárias de transporte eletrônico e de rotação. Contudo, elétrons neste material experimentam baixa interação de seu spin e momentos angulares orbitais, chamado acoplamento spin-órbita, que não permite atingir a funcionalidade spintrônica sintonizável em grafeno puro. Por outro lado, texturas de spin eletrônicas exclusivas e o fenômeno de bloqueio de momento de spin em isoladores topológicos são promissores para tecnologias quânticas e spintrônica impulsionadas por spin e órbita emergentes. Contudo, a utilização de isoladores topológicos apresenta vários desafios relacionados à sua falta de sintonização da porta elétrica, interferência de estados de bulk triviais, e destruição de propriedades topológicas em interfaces de heteroestruturas.

"Aqui, abordamos alguns desses desafios integrando o grafeno bidimensional com um isolante topológico tridimensional em heteroestruturas de van der Waals para tirar proveito de suas propriedades spintrônicas notáveis ​​e projetar um efeito galvânico de spin induzido por proximidade à temperatura ambiente, "diz Dmitrii Khokhriakov, Ph.D. Aluno da QDP, e primeiro autor do artigo.

Uma vez que o grafeno é atomicamente fino, suas propriedades podem ser alteradas drasticamente quando outros materiais funcionais são colocados em contato com ele, que é conhecido como efeito de proximidade. Portanto, heteroestruturas baseadas em grafeno são um conceito de dispositivo interessante, uma vez que exibem forte sintonia de portão de efeitos de proximidade decorrentes de sua hibridização com outros materiais funcionais. Anteriormente, combinação de grafeno com isolantes topológicos em heteroestruturas de van der Waals, os pesquisadores mostraram que um forte acoplamento spin-órbita induzido por proximidade poderia ser induzido, que se espera produzir uma divisão de spin de Rashba nas bandas de grafeno. Como consequência, espera-se que o grafeno vizitizado hospede o efeito galvânico de rotação, com a sintonia de porta antecipada de sua magnitude e sinal. Contudo, esse fenômeno não foi observado nessas heteroestruturas anteriormente.

"Para realizar este efeito galvânico de rotação, desenvolvemos um dispositivo especial semelhante a uma barra Hall de heteroestruturas de isolador topológico de grafeno, "diz Dmitrii Khokhriakov.

Os dispositivos foram nanofabricados na sala limpa de última geração do MC2 e medidos no Laboratório de Física de Dispositivos Quânticos. O novo conceito de dispositivo permitiu aos pesquisadores realizar medições complementares em várias configurações via interruptor de rotação e experimentos de precessão de rotação Hanle, dando uma evidência inequívoca do efeito galvânico de rotação à temperatura ambiente.

"Além disso, fomos capazes de demonstrar uma forte sintonia e uma mudança de sinal do efeito galvânico de rotação pelo campo elétrico do portão, o que torna tais heteroestruturas promissoras para a realização de dispositivos spintrônicos totalmente elétricos e sintonizáveis ​​por porta, "conclui Saroj Prasad Dash.