Een team van onderzoekers gevestigd in Manchester, Nederland, Singapore, Spanje, Zwitserland en de VS hebben een nieuwe recensie gepubliceerd over een gebied van de ontwikkeling van computerapparatuur dat bekend staat als spintronica, waarin grafeen zou kunnen worden gebruikt als bouwsteen voor elektronica van de volgende generatie.

Recente theoretische en experimentele ontwikkelingen en fenomenen in studies van elektronisch spintransport in grafeen en verwante tweedimensionale (2-D) materialen zijn naar voren gekomen als een fascinerend gebied van onderzoek en ontwikkeling.

Spintronica is de combinatie van elektronica en magnetisme, op nanoschaal en zou kunnen leiden tot de volgende generatie hogesnelheidselektronica. Spintronic-apparaten zijn een levensvatbaar alternatief voor nano-elektronica buiten de wet van Moore, biedt een hogere energie-efficiëntie en een lagere dissipatie in vergelijking met conventionele elektronica, die afhankelijk is van laadstromen. In principe zouden we telefoons en tablets kunnen laten werken met op spin gebaseerde transistors en geheugens.

Zoals vandaag gepubliceerd in APS Journal Beoordeling van Moderne Natuurkunde , de review richt zich op de nieuwe perspectieven van heterostructuren en hun opkomende fenomenen, inclusief nabijheid-enabled spin-orbit effecten, koppeling spin aan licht, elektrische afstembaarheid en 2-D magnetisme.

De gemiddelde mens komt spintronica al tegen in laptops en pc's, die al gebruik maken van spintronica in de vorm van magnetische sensoren in de leeskoppen van harde schijven. Deze sensoren worden ook gebruikt in de auto-industrie.

Spintronics is een nieuwe benadering voor het ontwikkelen van elektronica waarbij zowel geheugenapparaten (RAM) als logische apparaten (transistoren) worden geïmplementeerd met behulp van 'spin', wat de basiseigenschap is van elektronen die ervoor zorgen dat ze zich gedragen als kleine magneten, evenals de elektronische lading.

Dr. Ivan Vera Marun, Docent fysica van de gecondenseerde materie aan de Universiteit van Manchester zei:"De voortdurende vooruitgang in grafeen-spintronica, en meer in het algemeen in 2-D heterostructuren, heeft geleid tot de efficiënte creatie, vervoer, en detectie van spin-informatie met behulp van effecten die voorheen ontoegankelijk waren voor grafeen alleen.

"Terwijl de inspanningen op zowel de fundamentele als de technologische aspecten voortduren, we geloven dat ballistisch spintransport zal worden gerealiseerd in 2-D heterostructuren, zelfs bij kamertemperatuur. Dergelijk transport zou praktisch gebruik van de kwantummechanische eigenschappen van elektronengolffuncties mogelijk maken, spins in 2D-materialen ten dienste stellen van toekomstige benaderingen voor kwantumberekening."

Gecontroleerd spintransport in grafeen en andere tweedimensionale materialen is steeds veelbelovender geworden voor toepassingen in apparaten. Van bijzonder belang zijn op maat gemaakte heterostructuren, bekend als van der Waals heterostructuren, die bestaan ​​uit stapels tweedimensionale materialen in een nauwkeurig gecontroleerde volgorde. Deze review geeft een overzicht van dit zich ontwikkelende gebied van grafeen-spintronica en schetst de experimentele en theoretische stand van de techniek.

Er worden al miljarden spintronica-apparaten zoals sensoren en geheugens geproduceerd. Elke harde schijf heeft een magnetische sensor die een stroom van spins gebruikt, en magnetische random access memory (MRAM) -chips worden steeds populairder.

Over de afgelopen tien jaar, er zijn spannende resultaten geboekt op het gebied van grafeen-spintronica, evoluerend naar een volgende generatie studies die zich uitstrekken tot nieuwe tweedimensionale (2-D) verbindingen.

Sinds het isolement in 2004, grafeen heeft de deur geopend voor andere 2D-materialen. Onderzoekers kunnen deze materialen vervolgens gebruiken om stapels 2D-materialen te maken die heterostructuren worden genoemd. Deze kunnen worden gecombineerd met grafeen om nieuwe 'designermaterialen' te creëren voor toepassingen die oorspronkelijk beperkt waren tot sciencefiction.

Professor Francisco Guinea, co-auteur van het artikel, zei:"Het veld van spintronica, de eigenschappen en manipulatie van spins in materialen heeft een aantal nieuwe aspecten in het gedrag van vaste stoffen aan het licht gebracht. De studie van fundamentele aspecten van de beweging van spin-dragende elektronen is een van de meest actieve velden in de fysica van gecondenseerde materie."

De identificatie en karakterisering van nieuwe kwantummaterialen met niet-triviale topologische elektronische en magnetische eigenschappen wordt wereldwijd intensief bestudeerd, na de formulering, in 2004 van het concept van topologische isolatoren. Spintronics vormt de kern van deze zoektocht. Door hun zuiverheid, kracht, en eenvoud, tweedimensionale materialen zijn het beste platform om deze unieke topologische kenmerken te vinden die verband houden met kwantumfysica, elektronica, en magnetisme."

Algemeen, het veld van spintronica in grafeen en verwante 2D-materialen beweegt momenteel in de richting van de demonstratie van praktische grafeen-spintronische apparaten zoals gekoppelde nano-oscillators voor toepassingen op het gebied van ruimtecommunicatie, snelle radioverbindingen, voertuigradar en interchip-communicatietoepassingen.