Створено графеновий спін-фільтр, який може працювати при кімнатній температурі

25 Views Comment Off

У графена, одного з найдивовижніших матеріалів на світлі, була дуже незвичайна історія по відношенню до спінтроніки, області, в якій для кодування і обробки інформації використовується напрямок обертання (спін) електрона, а не його електричний заряд. Спочатку графен був забракований через відсутність у нього магнітних властивостей, адже спіни всіх електронів, що курсують в цьому матеріалі, мають випадкові значення. Однак, зусиллями вчених графен вдалося штучно забезпечити властивостями магнітного матеріалу, після чого у нього відкрився широкий ряд можливостей застосування в спінтроніці та інших суміжних областях.

Останнім з таких досягнень є дослідження, проведені вченими з Військово-Морської Науково-дослідної лабораторії (Naval Research Laboratory, NRL). Вчені помістили шар графена між шарами нікелю і заліза, отримавши перше у своєму роді тонкоплівковий пристрій, здатний до передачі спіна електронів при кімнатній температурі. Цей виріб може стати основою нових технологій магнітної пам’яті з довільним доступом (magnetic random access memory, MRAM), в якій поляризований відповідним чином спін-імпульс керує станом комірки пам’яті.

Фільтрація спіна – це явище, яке дозволяє пропустити через фільтр тільки електрони, що володіють певним напрямком обертання. Електрони з іншим значенням спіна просто відбиваються від фільтруючого графенового шару. Це гарантує, що через фільтруючий пристрій пройдуть тільки ті електрони, спін яких строго відповідає значенню логічної 1 або 0.

В даному випадку фільтрування спіна електронів відбувається за рахунок взаємодії квантово-механічних властивостей графена з подібними властивостями тонкого і прозорого нікелевого шару. Слід зазначити, що реалізація цього вимагає точного вирівнювання кристалічної решітки графену щодо кристалічної решітки нікелю, але в результаті цього через граничний бар’єр можуть проходити тільки електрони з певним спіном, значення якого визначається відносним зсувом кристалічної решітки двох матеріалів один щодо одного.

“Можливість спін-фільтрування була обґрунтована теоретично досить давно. А на практиці це було отримано тільки в середовищі матеріалів, що мають високий електричний опір, охолоджених до кріогенних температур” – розповідає доктор Енріко Кобас (Dr. Enrique Cobas), науковий керівник проекту, – “Наш же графеновий спін-фільтр працює при кімнатній температурі і має, при цьому, досить низький електричний опір”.

Ключовим моментом, що посприяв створенню графенового спін-фільтра, стала розроблена фахівцями відділу матеріалознавства NRL технологія вирощування великих графенових багатошарових плівок на гладкій поверхні підкладки з нікелевого сплаву. Цей процес був розроблений спеціально з прицілом на збереження магнітних властивостей нікелевого сплаву, які і визначають працездатність спін-фільтра.

“У нас є ще багато простору для подальших удосконалень. Теорія визначає, що ефективність роботи спін-фільтра може бути збільшена на кілька порядків шляхом підбору кількості графенових шарів” – розповідає доктор Олафа вант Ірв (Dr. Olaf van’t Erve), – ” Однак, всі наявні на сьогоднішній день моделі не враховують перетворень спіна, які відбуваються на межі феромагнітного матеріалу. Як тільки ми знайдемо пояснення цим ефектам, підберемо відповідні матеріали і геометрію пристрою, ми впритул наблизимося до 100-відсоткової ефективності фільтрації спіна графеновим шаром”.

... ... .
In : Техно

Related Articles

404