Onderzoekers van IMDEA Nanociencia en andere Europese centra hebben ontdekt dat de combinatie van grafeen met kobalt relevante eigenschappen biedt op het gebied van magnetisme. Deze doorbraak vormt de basis voor de ontwikkeling van nieuwe logische apparaten die snel en met een lager energieverbruik grote hoeveelheden data kunnen opslaan.

Een van de nieuwste technologieën voor het digitaal coderen van informatie is spin-orbitronica, die niet alleen gebruik maakt van de lading van het elektron (elektronica) en zijn spin (spintronica), maar ook de interactie van de spin met zijn orbitale beweging, biedt een veelheid aan eigenschappen die relevant zijn in magnetisme.

Deze technologie wordt in bepaalde materialen toegepast om magnetische configuraties te genereren die zeer stabiel zijn, maar die met zeer kleine elektrische stroompjes snel kunnen worden gecontroleerd en verplaatst. De resulterende structuren worden als zeer veelbelovend beschouwd voor toekomstige spin-orbitronische apparaten, omdat ze een hoge verwerkingssnelheid en een hoge capaciteit voor het opslaan van gegevens bieden, met een laag energieverbruik.

Nutsvoorzieningen, een Europees team onder leiding van het IMDEA Nanociencia Institute heeft een methodologie ontwikkeld om zo'n systeem voor te bereiden. Het bestaat uit een apparaat gemaakt van gestapelde grafeenfilms (een enkele atomaire grafietlaag) geplaatst op ferromagnetisch kobalt, op zijn beurt gerangschikt op een platinalaag met een bepaalde kristallografische oriëntatie. De details zijn gepubliceerd in Nano-letters .

De hoofdauteur van de studie, Paolo Perna van IMDEA Nanociencia, legt de voordelen van deze configuratie uit:"Enerzijds de uitzonderlijke eigenschappen van grafeen maken het mogelijk om een ​​homogeen, vlakke en beschermde magnetische laag, wat ook atomair perfect is. Echter, het belangrijkste zijn de twee magnetische eigenschappen die worden bereikt:een verbetering van de magnetische anisotropie van kobalt (de stekels zijn bij voorkeur in een bepaalde richting georiënteerd), en een sterke interactie genaamd Dzyaloshinskii-Moriya, die de aanwezigheid van chirale magnetische structuren mogelijk maakt, omdat ze niet overlappen met zijn spiegelbeeld."

Skyrmions voor het dragen van binaire informatie

Deze chirale magnetische structuren van nanometrisch formaat worden skyrmionen genoemd. Ze zijn erg stabiel en fungeren als dragers van binaire informatie terwijl ze door grafeen reizen. "Door twee elektrische contacten te passeren, elk skyrmion produceert een verandering in de elektrische respons die kan worden gedecodeerd in nullen en enen, ’ legt Perna uit.

"Op deze manier, in de nabije toekomst, het zal mogelijk zijn om spin-orbitronische magnetische apparaten zoals magnetische geheugens of sensoren te produceren die veel sneller en dichter zijn dan de huidige, en met een veel lager energieverbruik, ', zegt de onderzoeker.

Om de eigenschappen op te sporen, de auteurs hebben gecombineerde spectroscopie- en microscopietechnieken gebruikt, waaronder enkele met licht bij de ALBA synchrotron bij Barcelona. Onderzoekers van de Complutense en Autonome Universiteiten van Madrid, samen met het Néel Instituut van Grenoble (Frankrijk), hebben ook deelgenomen aan het onderzoek.

Als basis van het apparaat, de auteurs hebben oxide-isolerende substraten gebruikt. Om grafeen van hoge kwaliteit te verkrijgen, metalen substraten worden meestal gebruikt in laboratoria, maar ze zijn erg duur voor de industrie en, als geleiders, ze zouden de elektrische isolatie van het apparaat met de chip niet toestaan.

"We hebben bewezen dat het haalbaar is om magnetische structuren van hoge kwaliteit te maken op basis van grafeen en op oxide-isolerende substraten, die kunnen worden geïmplementeerd in de huidige productieprocessen, ’ merkt Perna op.