Onderzoekers van de Universiteit van Manchester hebben mogelijk een belangrijke hindernis genomen op het pad naar kwantumcomputing, door stapsgewijze verbeteringen aan te tonen in de spintransportkenmerken van op grafeen gebaseerde elektronische apparaten op nanoschaal.

Het team, bestaande uit onderzoekers van het National Graphene Institute (NGI) onder leiding van Dr. Ivan Vera Marun, naast medewerkers uit Japan en inclusief studenten die internationaal worden gefinancierd door Ecuador en Mexico, gebruikte monolaag grafeen ingekapseld door een ander 2D-materiaal (hexagonaal boornitride) in een zogenaamde van der Waals heterostructuur met eendimensionale contacten (hoofdafbeelding, hierboven). Deze architectuur bleek een extreem hoogwaardig grafeenkanaal te leveren, waardoor de interferentie of elektronische 'doping' door traditionele 2D-tunnelcontacten wordt verminderd.

'Spintronic'-apparaten, zoals ze bekend staan, bieden mogelijk een hogere energie-efficiëntie en lagere dissipatie in vergelijking met conventionele elektronica, die afhankelijk is van laadstromen. In principe kunnen telefoons en tablets die werken met op spin gebaseerde transistors en geheugens aanzienlijk worden verbeterd in snelheid en opslagcapaciteit, wat de wet van Moore overtreft.

Zoals gepubliceerd in Nano Letters , heeft het Manchester-team de mobiliteit van elektronen tot 130.000 cm gemeten ² /Vs bij lage temperaturen (20K of -253 ^o C). Ter vergelijking:met de enige eerder gepubliceerde pogingen om een ​​apparaat met 1D-contacten te maken, werd een mobiliteit van minder dan 30.000 cm bereikt ² /Vs, en het 130.000-cijfer gemeten bij de NGI is hoger dan geregistreerd voor enig ander eerder grafeenkanaal waar spintransport werd aangetoond.

De onderzoekers registreerden ook spindiffusielengtes van bijna 20 m. Waar langer beter is, hebben de meeste typische geleidende materialen (metalen en halfgeleiders) spindiffusielengten <1μm. De waarde van de spindiffusielengte die hier wordt waargenomen, is vergelijkbaar met de beste grafeen-spintronische apparaten die tot nu toe zijn gedemonstreerd.

Hoofdauteur van de studie Victor Guarochico zei dat hun "werk een bijdrage is op het gebied van grafeen-spintronica. We hebben de grootste dragermobiliteit tot nu toe bereikt met betrekking tot spintronische apparaten op basis van grafeen. Bovendien wordt de spin-informatie bewaard over afstanden die vergelijkbaar zijn met de beste gerapporteerd in de literatuur. Deze aspecten openen de mogelijkheid om logische architecturen te verkennen met behulp van laterale spintronische elementen waar spintransport over lange afstand nodig is."

Co-auteur Chris Anderson voegde toe dat "dit onderzoekswerk opwindend bewijs heeft geleverd voor een significante en nieuwe benadering voor het beheersen van spintransport in grafeenkanalen, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor apparaten met vergelijkbare kenmerken als geavanceerde hedendaagse op lading gebaseerde apparaten. Voortbouwend op dit werk , worden nu dubbellaagse grafeenapparaten met 1D-contacten gekarakteriseerd, waarbij de aanwezigheid van een elektrostatisch afstembare bandgap een extra dimensie mogelijk maakt om transportcontrole te draaien." + Verder verkennen

Grafeen en 2D-materialen kunnen elektronica verder brengen dan de 'wet van Moore'