Wetenschappers van de ICN2 Physics and Engineering of Nanodevices Group, onder leiding van ICREA Prof. Sergio O. Valenzuela, hebben bijgedragen aan de literatuur over spin-caloritronica met een focus op het effect van thermische gradiënten op spins in grafeen. Het artikel getiteld "Thermo-elektrische spinspanning in grafeen" werd deze week gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , met hoofdauteur Juan F. Sierra.

Spin-caloritronica is een opkomend veld dat de interactie van spin- en warmtestromen in verschillende materialen bestudeert. Spin is een intrinsieke eigenschap van elektronen, die, zoals lading, kan worden gebruikt om informatie op te slaan en te vervoeren. Onderzoekers kijken naar verschillende manieren om spinstromen te genereren en deze te exploiteren in een toekomstige generatie elektronische apparaten. Echter, het is een uitdaging om ze over de benodigde afstanden in stand te houden. Warmtestromen bieden een mogelijke oplossing.

In deze krant, ICN2-onderzoekers richtten hun aandacht op grafeen. In staat om spin efficiënt over lange afstanden te transporteren, dit materiaal staat al volop in de belangstelling in de spintronica. En aangezien bekend is dat grafeen grote thermo-elektrische effecten en buitengewoon lange koeltijden van de drager heeft, de toepassing van warmtestromen was veelbelovend.

Met behulp van een nauwkeurige experimentele opstelling, de onderzoekers waren in staat om onafhankelijk spin- en warmtestromen in grafeen te regelen. Ze merkten op dat de aanwezigheid van een thermische gradiënt het spinsignaal aanzienlijk verbetert, en dat het dit doet rond het ladingsneutraliteitspunt. Algemeen, het basislijnspinsignaal van grafeen werd met ongeveer 30 procent verhoogd bij toepassing van een warmtestroom, wat een totaal signaal geeft dat twee orden van grootte groter is dan alles wat eerder is gerapporteerd voor thermische effecten in metalen.

Zo'n groot thermo-elektrisch spinsignaal is het gecombineerde gevolg van de grote Seebeck-coëfficiënt van grafeen, die de schaal van de thermo-elektrische respons regelt, het feit dat deze coëfficiënt sterk varieert met het Fermi-niveau, en de aanwezigheid van hete dragers. Inderdaad, het zijn deze hete elektronen die thermische gradiënten veroorzaken op een schaal die het mogelijk maakt om dit thermo-elektrische effect op spin te observeren.

Deze resultaten vertegenwoordigen ongekende vooruitgang in ons begrip van spin-caloritronica, veelbelovend voor technologische vooruitgang in de vorm van apparaten die in staat zijn spinstromen over nuttige afstanden te regelen en in stand te houden door de toepassing van een warmtestroom.