Onderzoekers van het IMDEA-Nanociencia Institute en van de Autonoma en Complutense Universiteiten van Madrid (Spanje) zijn erin geslaagd om grafeen magnetische eigenschappen te geven. De doorbraak, gepubliceerd in het tijdschrift Natuurfysica , opent de deur naar de ontwikkeling van op grafeen gebaseerde spintronische apparaten, dat is, apparaten gebaseerd op de spin of rotatie van het elektron, en zou de elektronica-industrie kunnen transformeren.

Wetenschappers wisten al dat grafeen, een ongelooflijk materiaal gevormd uit een netwerk van zeshoekige koolstofatomen, heeft buitengewone geleidbaarheid, mechanische en optische eigenschappen. Nu is het mogelijk om het nog een eigenschap te geven:magnetisme, betekent een doorbraak in de elektronica.

Dit blijkt uit de studie die het Madrid Institute for Advanced Studies in Nanoscience (IMDEA-Nanociencia) en Autonoma Autonomous (UAM) en Complutense (UCM) universiteiten van Madrid zojuist hebben gepubliceerd in de Natuurfysica logboek. Onderzoekers zijn erin geslaagd om van dit materiaal een hybride oppervlak te maken dat zich als een magneet gedraagt.

"Ondanks de enorme inspanningen tot nu toe van wetenschappers over de hele wereld, het was niet mogelijk om de magnetische eigenschappen toe te voegen die nodig zijn om op grafeen gebaseerde spintronica te ontwikkelen. Deze resultaten effenen echter de weg naar deze mogelijkheid, " belicht Prof. Rodolfo Miranda, Directeur van IMDEA-Nanociencia.

Spintronica is gebaseerd op de lading van het elektron, zoals bij traditionele elektronica, maar ook op zijn draai, die het magnetische moment bepaalt. Een materiaal is magnetisch wanneer de meeste van zijn elektronen dezelfde spin hebben.

Omdat de spin twee waarden kan hebben, het gebruik ervan voegt nog twee toestanden toe aan traditionele elektronica. Dus, zowel de gegevensverwerkingssnelheid als de hoeveelheid gegevens die op elektronische apparaten moet worden opgeslagen, kunnen worden verhoogd, met toepassingen op gebieden als telecommunicatie, computergebruik, energie en biogeneeskunde.

Om een ​​op grafeen gebaseerd spintronisch apparaat te ontwikkelen, de uitdaging was om het materiaal te 'magnetiseren', en onderzoekers uit Madrid hebben de weg gevonden door de kwantum- en nanowetenschapswereld.

De techniek omvat het groeien van een ultraperfecte grafeemfilm over een eenkristal van ruthenium in een ultrahoogvacuümkamer waar organische moleculen van tetracyano-p-quinodimethaan (TCNQ) op het grafeemoppervlak worden verdampt. TCNQ is een molecuul dat in bepaalde verbindingen als halfgeleider fungeert bij zeer lage temperaturen.

Bij het observeren van resultaten door een scanning tunneling microscoop (STM), wetenschappers waren verrast:organische moleculen hadden zich georganiseerd en werden regelmatig over het oppervlak verspreid, elektronische interactie met het grafeen-rutheniumsubstraat.

"We hebben in experimenten bewezen hoe de structuur van de TCNQ-moleculen boven grafeen magnetische orde op lange afstand verwerft, met elektronen gepositioneerd in verschillende banden volgens hun spin, " verduidelijkt prof. Amadeo L. Vázquez de Parga.

In de tussentijd, zijn collega Prof. Fernando Martin heeft modelstudies uitgevoerd die hebben aangetoond dat, hoewel grafeen geen directe interactie heeft met de TCNQ, het maakt een zeer efficiënte ladingsoverdracht tussen het substraat en de TCNQ-moleculen mogelijk en stelt de moleculen in staat om een ​​magnetische orde op lange afstand te ontwikkelen.

Het resultaat is een nieuwe op grafeen gebaseerde gemagnetiseerde laag, die de weg vrijmaakt voor het maken van apparaten op basis van wat al werd beschouwd als het materiaal van de toekomst, maar die nu ook magnetische eigenschappen kunnen hebben.