Onderzoekers van de ICN2 Theoretical and Computational Nanoscience Group, onder leiding van ICREA Prof. Stephan Roche, hebben een ander artikel over spin gepubliceerd, deze keer rapportage van numerieke simulaties voor spin-relaxatie in grafeen / TMDC-heterostructuren. Gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , hun berekeningen wijzen op een anisotropie van de spin-levensduur die orden van grootte groter is dan alles wat tot nu toe in grafeen is waargenomen. Hier, hoofdauteur Aron Cummings legt de oorsprong van dit effect uit.

Gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven deze week, spintronica-onderzoekers van de ICN2 Theoretical and Computational Nanoscience Group onder leiding van ICREA Prof. Stephan Roche hebben potentieel baanbrekend inzicht verkregen in de mechanismen die de spindynamiek en -relaxatie in grafeen/TMDC-heterostructuren bepalen. Niet alleen geven hun modellen een anisotropie van de spinlevensduur die orden van grootte groter is dan de 1:1 verhouding die typisch wordt waargenomen in 2D-systemen, maar ze wijzen op een kwalitatief nieuw regime van spin-relaxatie.

Spin-relaxatie is het proces waarbij de spins in een spinstroom hun oriëntatie verliezen, terugkeren naar een natuurlijke ongeordende staat. Hierdoor gaat het spinsignaal verloren, omdat spins alleen nuttig zijn voor het transporteren van informatie als ze in een bepaalde richting zijn georiënteerd. Deze studie onthult dat de snelheid waarmee spins ontspannen in grafeen / TMDC-systemen sterk afhangt van of ze in of uit het grafeenvlak wijzen, met spins buiten het vliegtuig die tientallen of honderden keren langer duren dan spins in het vliegtuig. Zo'n hoge verhouding is niet eerder waargenomen in grafeen of enig ander 2D-materiaal.

In de krant, toepasselijk getiteld "Giant Spin Lifetime Anisotropy in Graphene Induced by Proximity Effects", hoofdauteur Aron Cummings meldt dat dit gedrag wordt gemedieerd door de spin-valley locking die door de TMDC in grafeen wordt geïnduceerd, die de levensduur van spin in het vlak koppelt aan de intervalley-verstrooiingstijd. Dit zorgt ervoor dat spin-in-plane veel sneller ontspant dan spin-out-of-plane. Verder, de numerieke simulaties suggereren dat dit mechanisme een rol zou moeten spelen in elk substraat met een sterke spin-valley locking, inclusief de TMDC's zelf.

Effectief een spin-filtereffect induceren -de mogelijkheid om spin-oriëntaties te sorteren of aan te passen-, deze bevindingen geven reden om te geloven dat het ooit mogelijk zou kunnen zijn om te manipuleren, en niet alleen vervoer, draaien in grafeen.

Spintronica is een tak van elektronica die de spin van subatomaire deeltjes zoals elektronen gebruikt om informatie op te slaan en te transporteren. Het belooft apparaten die sneller zijn, werken tegen een fractie van de energiekosten en hebben een enorm superieur geheugen. Echter, het tot stand brengen van een spinstroom is geen eenvoudig proces. Eerst, omdat spin in zijn natuurlijke staat ongeordend is; dat is, de spin-assen wijzen in een willekeurig aantal richtingen. Ze moeten eerst worden gepolariseerd om hun oriëntatie af te stemmen. Vervolgens, zelfs eenmaal gepolariseerd, de spins kunnen deze oriëntatie gemakkelijk verliezen in een proces dat bekend staat als spin-relaxatie, wat de levensduur en dus het nut van spinstromen in de praktijk beperkt.

Voer grafeen in, zeer het materiaal van het moment en niet zonder goede reden:dit 2D-materiaal heeft een reeks eigenschappen die het bij uitstek geschikt maken voor het behouden van spin-oriëntatie gedurende een lange levensduur. Echter, zijn lage spin-orbitkoppeling (SOC) maakt het ondoeltreffend voor het manipuleren van spin.

De oplossing die in de spintronica wordt gebruikt, is het creëren van gelaagde heterostructuren, het benutten van de spintransporteigenschappen van grafeen en een tweede materiaal met een hoge SOC in één systeem. Dit werkt door het nabijheidseffect, waarbij grafeen wordt bedrukt met de eigenschappen van het tweede materiaal, en is experimenteel bewezen met 2-D magnetische isolatoren en overgangsmetaal dichalcogeniden (TMDC's).

In dit werk, onderzoekers hebben spin-relaxatie bestudeerd in dergelijke gelaagde grafeen / TMDC-heterostructuren in een poging enig licht te werpen op de nog onontgonnen mechanismen die spin-relaxatie in deze systemen regelen. De anisotropie van de spinlevensduur is de verhouding tussen de spinlevens buiten het vlak en de spinlevens in het vlak. en wordt gebruikt als een meting van deze mechanismen. Wat ze vinden is een uniek mechanisme dat mogelijk wordt gemaakt door het specifieke nabijheidseffect van TMDC's op grafeen.