Onderzoekers van de ICN2 Physics and Engineering of Nanodevices Group, onder leiding van ICREA Prof. Sergio O. Valenzuela, hebben ondubbelzinnig de anisotrope aard van spin-relaxatie in grafeen aangetoond wanneer het wordt gekoppeld aan overgangsmetaaldichalcogeniden (TMDC). De krant, getiteld "Sterk anisotrope spin-relaxatie in grafeen-overgangsmetaal dichalcogenide heterostructuren bij kamertemperatuur, " werd deze week gepubliceerd in Natuurfysica met hoofdauteur L. Antonio Benítez.

Spin is het intrinsieke impulsmoment van subatomaire deeltjes. Hoewel er geen echt equivalent in de klassieke natuurkunde is, het kan net als lading worden gebruikt om op te slaan, informatie manipuleren en transporteren. Van grafeen is bekend dat het elektronenspins zeer effectief over grote afstanden transporteert. Echter, het manipuleren van deze spins wordt bemoeilijkt door het ontbreken van middelen om ze extern te controleren. De spin-orbitkoppeling (SOC) interactie biedt precies zo'n middel, hoewel in grafeen, deze moet via het nabijheidseffect 'geleend' worden van andere materialen.

Met behulp van een experimentele aanpak die de afgelopen twee jaar door de ICN2-groep is ontwikkeld, de onderzoekers merkten op dat spins zich anders gedragen bij het bereiken van de grafeen / TMDC-dubbellaag, afhankelijk van hun oriëntatie. In-plane spins bleken erg gevoelig te zijn voor de nabijheid-geïnduceerde SOC, ontspannen en hun oriëntatie verliezen, maar liefst 10 keer sneller dan spins buiten het vliegtuig. Deze sterk anisotrope spinrelaxatie bleek verder een gevolg te zijn van de spin-valleikoppeling die ook op het grafeen van de TMDC is gedrukt.

Cruciaal, alle waarnemingen werden uitgevoerd bij kamertemperatuur, waardoor ze direct relevant zijn voor toekomstige technologische toepassingen.

Deze resultaten suggereren dat een grafeen/TMDC-systeem kan worden gebruikt als spinfilter, waardoor kleine oriëntatieveranderingen kunnen worden gedetecteerd. Ze vertegenwoordigen ook de eerste stap naar het bereiken van externe controle over de voortplanting van spins in grafeen, en bieden een interessant startpunt voor de verkenning van gekoppelde spin-valleyfenomenen en spin-valleytronics-apparaatconcepten.