Onderzoekers van de ICN2 Physics and Engineering of Nanodevices Group hebben een gemodificeerde op grafeen gebaseerde nanodevice fabricagetechniek voorgesteld die tot drie keer de spin-levensduur en relaxatielengte verlengt in vergelijking met eerder werk van dezelfde soort. Het werk was het resultaat van de samenwerking met Imec en K.U. Leuven (België). De resultaten zijn gepubliceerd in 2D-materialen en zullen naar verwachting onderzoeken naar grootschalige spintronische toepassingen mogelijk maken.

Spintronica versterkt het potentieel van traditionele elektronica door gebruik te maken van de spinvrijheidsgraad van het elektron, naast de gebruikelijke laadtoestand. Uiteindelijk, het doel is om apparaten te verkrijgen om op te slaan, informatie verwerken en lezen, maar met verbeterde eigenschappen zoals een lager stroomverbruik, minder warmteafvoer, hogere snelheid, enz. Hoewel spintronica nog niet wijdverbreid is, sommige huidige apparaten zijn gebaseerd op deze nieuwe benadering, zoals magnetische harde schijven, magnetische random access-geheugens en magnetische sensoren met uiteenlopende toepassingen in industriële omgevingen, robotica en de auto-industrie.

Grafeen is een veelbelovend materiaal op dit gebied. Spins kunnen er efficiënt in stromen over lange afstanden, wat betekent dat ze hun toestand relatief lang niet veranderen. Door de grootschalige productie CVD-grafeen wordt steeds populairder voor spintronische apparaten. Echter, onzuiverheden die voortkomen uit de groei van grafeen en het fabricageproces van het apparaat beperken de prestaties ervan.

Een team van wetenschappers van de ICN2 Physics and Engineering of Nanodevices Group, onder leiding van ICREA Prof. Sergio O. Valenzuela, heeft een fabricageproces met hoog rendement van CVD-grafeen voorgesteld dat de spinparameters aanzienlijk heeft verbeterd. Het werk, wiens eerste auteur Zewdu M. Gebeyehu is, was het resultaat van een samenwerking met Imec en K.U. Leuven (België). De resultaten zijn gepubliceerd in 2D-materialen .

Ze demonstreren een spinsignaal gemeten over een 30 µm lang kanaal met spin-levensduur bij kamertemperatuur van maximaal drie nanoseconden en spin-relaxatielengtes tot 9 µm in monolaag grafeen op SiO ₂ /Si-substraten. Deze spinparameters zijn de hoogste waarden voor elke vorm van grafeen (zowel geëxfolieerd als CVD-grafeen) op een standaard SiO ₂ /Si-substraat.

Om deze verbeterde spinprestaties te bereiken, de onderzoekers gebruikten CVD-grafeen dat op een platinafolie was gegroeid en wijzigden de fabricagetechniek van het apparaat om de onzuiverheidsniveaus die gepaard gaan met de grafeengroei- en fabricagestappen te verminderen. Dit laatste vereist de optimalisatie van een aantal standaardprocessen, waarbij de voorselectie van hoogwaardig uniform grafeen met een laag gehalte aan onzuiverheden, een etsstap die e-beam lithografie en zuurstofplasma combineert en een geschikte nagloeiing in hoog vacuüm. De aanpak kan worden geschaald en maakt een zeer reproduceerbare fabricage van apparaten mogelijk, dat is de belangrijkste vereiste voor potentiële industrialisatie.

De verbetering van de spinparameters samen met de reproduceerbaarheid van het fabricageproces van het apparaat brengt ons dichter bij de realisatie van complexe circuitarchitecturen voor spintronische apparaten zoals spinlogica en logic-in-memory voor meer dan CMOS-computing.