Graphene Flagship-onderzoekers hebben aangetoond in een paper gepubliceerd in: wetenschappelijke vooruitgang hoe heterostructuren opgebouwd uit grafeen en topologische isolatoren sterke, nabijheidsgeïnduceerde spin-baankoppeling die de basis kan vormen van nieuwe informatieverwerkingstechnologieën.

Spin-orbit-koppeling vormt de kern van spintronica. De spin-baankoppeling van grafeen en de hoge elektronenmobiliteit maken het aantrekkelijk voor een lange spincoherentielengte bij kamertemperatuur. Graphene Flagship-onderzoekers van Chalmers University of Technology (Zweden), Catalaans Instituut voor Nanowetenschappen en Nanotechnologie—ICN2 (Spanje), Universitat Autònoma de Barcelona (Spanje) en ICREA Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (Spanje) toonden een sterke afstembaarheid en onderdrukking van het spinsignaal en de spinlevensduur in heterostructuren gevormd door grafeen en topologische isolatoren. Dit kan leiden tot nieuwe grafeen spintronische toepassingen, variërend van nieuwe circuits tot nieuwe niet-vluchtige geheugens en informatieverwerkingstechnologieën.

"Het voordeel van het gebruik van heterostructuren die zijn opgebouwd uit twee Dirac-materialen is dat, grafeen in de buurt van topologische isolatoren ondersteunt nog steeds spintransport, en verwerft tegelijkertijd een sterke spin-baankoppeling, " zei universitair hoofddocent Saroj Prasad Dash van de Chalmers University of Technology.

"We willen niet alleen spin transporteren, we willen het manipuleren, " zei professor Stephan Roche van ICN2 en plaatsvervangend leider van het spintronica-werkpakket van het Graphene Flagship, "het gebruik van topologische isolatoren is een nieuwe dimensie voor spintronica, ze hebben een oppervlaktetoestand die lijkt op grafeen en kunnen worden gecombineerd om nieuwe hybride toestanden en nieuwe spin-functies te creëren. Door grafeen op deze manier te combineren, kunnen we de afstembare dichtheid van toestanden gebruiken om aan/uit te schakelen - om spin wel of niet te geleiden. Dit opent een actieve speelplaats voor spinapparaten."

Het grafeen vlaggenschip, vanaf het allereerste begin, zag het potentieel van spintronica-apparaten gemaakt van grafeen en verwante materialen. Dit artikel laat zien hoe het combineren van grafeen met andere materialen om heterostructuren te maken nieuwe mogelijkheden en potentiële toepassingen opent.

"Dit artikel combineert experiment en theorie en deze samenwerking is een van de sterke punten van het Spintronics Work-Package binnen het Graphene Flagship, ' zei Roche.

"Topologische isolatoren behoren tot een materiaalklasse die sterke spinstromen genereert, van direct belang voor spintronische toepassingen zoals draai-orbit koppelgeheugens. Zoals gemeld door dit artikel, de verdere combinatie van topologische isolatoren met tweedimensionale materialen zoals grafeen is ideaal om de verspreiding van spin-informatie met extreem laag vermogen over lange afstanden mogelijk te maken, en voor het benutten van complementaire functionaliteiten, sleutel tot het verder ontwerpen en fabriceren van spin-logic-architecturen, " zei Kevin Garello van IMEC, België, leider van het Graphene Flagships Spintronics Work-Package.

Professor Andrea C. Ferrari, Science and Technology Officer van het Graphene Flagship, en voorzitter van het managementpanel voegde toe:"Dit artikel brengt ons dichter bij het bouwen van nuttige spintronische apparaten. De innovatie- en technologieroutekaart van het grafeen-vlaggenschip erkent het potentieel van grafeen en verwante materialen op dit gebied. Dit werk plaatst het vlaggenschip opnieuw op de voorgrond van dit veld, gestart met baanbrekende bijdragen van Europese onderzoekers."