Een artikel dat vandaag is gepubliceerd in Natuurcommunicatie presenteert een nieuwe methode om de spin-levensduuranisotropie van spin-gepolariseerde dragers in grafeen te bepalen met behulp van schuine spin-precessie. Het werk, onder leiding van ICREA-onderzoek Prof Sergio O Valenzuela, Groepsleider van de ICN2 Physics and Engineering Of Nanodevices Group, demonstreert spin-lifetime anisotropiemetingen in grafeen en bespreekt deze in het licht van de huidige theoretische kennis.

Een van de meest fascinerende puzzels voor de grafeen- en spintronica-gemeenschappen is het identificeren van het belangrijkste microscopische proces voor spin-relaxatie in grafeen. Conventionele relaxatiemechanismen hebben tegenstrijdige resultaten opgeleverd bij toepassing op enkellaags grafeen. In een artikel dat vandaag is gepubliceerd in Natuurcommunicatie , onderzoekers van het Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) bepalen de spin-levensduuranisotropie van spin-gepolariseerde dragers in grafeen, die naar verwachting waardevolle informatie zal genereren om de bovenstaande puzzel te overwinnen.

Het huidige werk demonstreert spin-lifetime anisotropiemetingen in grafeen en bespreekt deze in het licht van de huidige theoretische kennis. Het is gecoördineerd door de ICREA Research Prof Sergio O. Valenzuela, Groepsleider van de ICN2 Physics and Engineering Of Nanodevices Group, in samenwerking met het INPAC - Instituut voor Nanoschaal Fysica en Chemie (Leuven, België). De eerste auteur van het artikel is Bart Raes, van ICN2.

De anisotropie wordt bepaald met behulp van een nieuwe methode op basis van schuine spin-precessie, een verandering in de oriëntatie van de rotatie-as van een roterend lichaam. In tegenstelling tot eerdere benaderingen, de methode vereist geen grote magnetische velden buiten het vlak en is dus betrouwbaar voor zowel lage als hoge dragerdichtheden. De auteurs bepalen eerst de spin-levensduur in het vlak door conventionele spin-precessiemetingen met magnetische velden loodrecht op het grafeenvlak. Vervolgens, om de levensduur van de spin buiten het vlak te evalueren, ze voeren spin-precessiemetingen uit onder schuine magnetische velden die een spinpopulatie buiten het vlak genereren.

De resultaten laten zien dat de anisotropie van de spin-levensduur van grafeen op siliciumoxide onafhankelijk is van de dragerdichtheid en temperatuur tot 150 K, en veel zwakker dan eerder gemeld. Inderdaad, binnen de experimentele onzekerheid, de spin-relaxatie is isotroop. Samen met de poortafhankelijkheid van de spin-levensduur, dit geeft aan dat de spin-relaxatie wordt aangedreven door magnetische onzuiverheden of willekeurige spin-baan of ijkvelden.

De auteurs benadrukken dat de microscopische eigenschappen van het grafeen dat wordt gebruikt in apparaten die afkomstig zijn van verschillende laboratoria niet noodzakelijk gelijkwaardig zijn, vanwege de grafietbron of de verwerkingsstappen die zijn gebruikt. Dus, experimentele resultaten kunnen variëren tussen onderzoeksgroepen. Dit onderstreept het belang van de ontwikkeling van geavanceerde karakteriseringstechnieken voor spintransport en de systematische implementatie met behulp van monsters van verschillende oorsprong.

De auteurs concluderen dat spin-relaxatie-anisotropiemetingen op specifieke substraten en met een gecontroleerd aantal afgezette adatomen cruciaal zullen zijn om de spin-levensduur te verhogen tot de theoretische limiet en om manieren te vinden om de spin-levensduur te beheersen. Dat is het pad om uiteindelijk ongekende benaderingen te ontwikkelen voor de opkomst van op spin gebaseerde informatieverwerkingsprotocollen die op grafeen vertrouwen.