Життя спінових станів в графені обмежена магнітними дефектами

Як показала остання робота вчених з Канади, життя спінових станів в графені обмежена магнітними дефектами. До таких висновків вони прийшли в ході вимірювання опору та провідності вуглецевого матеріалу при наднизьких температурах у присутності магнітного поля. Як вважають самі дослідники, результати проведених експериментів в майбутньому могли б допомогти в розробці більш досконалих спинтронных пристроїв на основі графену.

Такий науковий напрям, як спінтроніка, засноване на використанні при вирішенні практичних завдань спина електрона, а також його заряду. Як відомо, спін електрона може бути спрямований, умовно кажучи, вгору або вниз, відповідно, це властивість може використовуватися, зокрема, для зберігання і обробки бінарної інформації в спинтронных ланцюгах.

Порівняно з класичною електронікою (отриманого на зміну самого заряду), подібні схеми могли б бути менше і ефективніше, оскільки перемикання спина можна здійснити за допомогою порівняно невеликих енерговитрат.

Графен являє собою вуглецеву пластину з двовимірної гексагональної кристалічної гратами, товщина якої складає всього один атом.

В принципі, графен може використовуватися для передачі спина електрона, відповідно, він ідеально підходить для виготовлення спинтронных пристроїв.

Така можливість існує завдяки тому, що в теорії спін електрона може зберігати свій напрямок в цьому матеріалі досить довго з-за низького атомного номера вуглецю (і, отже, слабкою спін-орбітальної зв’язку). Крім того, слід зазначити, що основний ізотоп вуглецю (12C) не має ядерної спина.

Однак на практиці графен показав себе досить поганим провідником спина. У ранніх практичних експериментах дослідники з подивом виявили, що спін зберігається в графені не більше декількох сотень пікосекунд (а не мікро – або навіть мілісекунд, як очікувалося з теоретичних розрахунків). Подібне час життя спостерігається у звичайних напівпровідниках і металах, тобто графен, по суті, не має жодних переваг. Настільки серйозне розбіжність теоретичних передбачень і практичних результатів досі було однією з найважливіших проблем у дослідженні графена в ракурсі спінтроніки.

Щоб краще зрозуміти це невідповідність, група вчених з University of British Columbia (Канада) провела вимірювання квантової інтерференції в графені. На їхню думку, подібні дослідження – хороший спосіб вивчення, як саме в матеріалі взаємодіють між собою електрони провідності. Для першого дослідження були обрані наднизькі температури. Крім того, матеріал піддавався впливу різних магнітних полів.

Застосований метод дозволив виявити, що магнітні дефекти є основною причиною спінової декогерентности у вуглецевому матеріалі. У досліджуваному аркуші графена було більше магнітних дефектів, ніж очікувалося в теорії. Саме це вчені вважають основною причиною розбіжності теорії і експерименту. На магнітних дефектах спін-орбітальна взаємодія може бути несподівано сильним, що призводить до швидкої спінової декогерентности.

Як вважають самі вчені, одержані ними результати надзвичайно корисні, оскільки ведуть до підвищення корисності графена в якості основного матеріалу спінтроніки. Робота показала, яким чином можна поліпшити спиновый транспорт. Як припускають вчені, подібний ефект може мати хімічна пасивація магнітних дефектів. В даний час наукова група зайнята пошуками відповіді на питання, як дефекти і спін-орбітальні взаємодії варіюються в графені, отриманому різними методами.

Детальні результати роботи опубліковані в журналі Physical Review Letters.

Залишити відповідь

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