Графен є відмінним тунельним бар’єром, в якому зберігається спінова поляризація електронів

До недавнього часу вчені акцентували свою увагу на використанні плоского графена в якості напівпровідника або провідника, в якому струм тече в площині матеріалу. Але останні роботи вчених з США показують, що графен може послужити свою службу і при розташуванні в перпендикулярному напрямку. У цій ситуації він є відмінним тунельним бар’єром, в якому зберігається спінова поляризація електронів. Таким чином, відкриття може мати важливе значення для спінтроніки – відносно нового напряму, який використовує не тільки заряд електрона, але і його спін.

Спін електрона може бути направлений у два протилежних напрямки, і ця властивість використовується в спинтронных пристрої для зберігання та обробки інформації. Схеми використання спінового струму (що представляє собою два потоку електронів з протилежними спінами, що рухаються в протилежному напрямку) можуть бути компактніше і ефективніше звичайних електронних схем, які покладаються лише на включення і виключення потоку зарядів, оскільки змінити напрямок спина можна за допомогою порівняно малої енергії.

Рис. 1. Схематичне зображення запропонованої конструкції.

Спинтронные пристрої, як правило, створюються з феромагнітних матеріалів і напівпровідників. Це пов’язано з тим, що феромагнітні матеріали, такі як залізо, по своїй природі мають спін-поляризовані електрони, причому, число електронів з протилежно спрямованих на спіном відрізняється. Це дозволяє створити ідеальні умови для переходу електронів в напівпровідник. Однак феромагнетики та напівпровідники сильно відрізняються по провідності, тому необхідний тунельний бар’єр (ізолюючий бар’єр між двома провідними матеріалами, через який електрони можуть тунелювати, завдяки квантово-механічним властивостям), який забезпечить транспорт зарядів.

Проблема полягає в тому, що

зазвичай використовується в таких випадках оксидний бар’єр вводить в систему дефекти, крім того, він має великий опір.

Обидва ці фактори негативно впливають на продуктивність результуючого пристрою. Щоб подолати цю проблему, група вчених з US Naval Research Laboratory (США) запропонувала використовувати в якості тунельного бар’єру одношаровий графен.

Графен являє собою плоский матеріал, в якому атоми вуглецю утворюють двовимірну кристалічну решітку. Даний матеріал відрізняється хімічною стійкістю, а також стійкістю до утворення дефектів, що впливають на продуктивність спинтронных пристроїв. Ці властивості були задіяні, щоб створити контакт з низьким опором між феромагнітним матеріалом і напівпровідником.

Свої експерименти вчені почали з механічного перенесення графена, отриманого з допомогою хімічного осадження з пароподібного стану, на хроматированную поверхню кремнію. Для цього застосовувався широко поширений спосіб, що виключає появу оксидної плівки між кремнієм і графеном. Після цього був замерен спиновый струм з феромагнетика в кремній, що проходить через графеновий тунельний бар’єр.

Експерименти показали ефективність запропонованої методики.

Самі вчені вважають, що

їх відкриття долає важлива перешкода, яка стояла на шляху розвитку спинтронных пристроїв, що відрізняються малими розмірами і високою швидкістю роботи.

Детальні результати їх роботи опубліковані в журналі Nature Nanotechnology.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *