ENGINEERINGNET.BE - Snelle en energiezuinige spintronische systemen zijn een veelbelovend alternatief voor de huidige elektronica. Ze maken gebruik van het magnetisch moment van elektronen, zogeheten spins, om informatie op te slaan of te versturen.
Aangezien geheugentechnologie steeds kleiner wordt, zijn er ook kleinere spintronische schakelingen nodig. Dus zoeken wetenschappers naar materiaal met atomaire dikte waarin een sterk spinsignaal is te produceren dat informatie over een afstand van enkele micrometers transporteert.
Al ruim tien jaar is grafeen het beste 2D materiaal voor transport van spins. Het is alleen mogelijk om in grafeen een spinstroom te laten ontstaan wanneer grafeen zich gedraagt alsof het magnetisch is.
Magnetisme laat één van beide spins met voorkeur door, zodat er een verschil ontstaat in aantallen elektronen met spinwaarde op en neer. In “magnetisch” grafeen zorgt dat voor een sterk gepolariseerde spinstroom.
Dit concept is nu in een experiment aangetoond door wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen (RUG) en Columbia University. Wanneer zij grafeen plaatsten op een 2D gelaagde antiferromagneet maten zij een grote spinpolarisatie van de stroom, veroorzaakt door het magnetische grafeen.
In gewone spintronische schakelingen van grafeen worden ferromagnetische electroden, veelal van kobalt, gebruikt om spins te injecteren en te detecteren. 'In schakelingen van magnetisch grafeen is dat niet nodig,' legt Talieh Ghiasi (foto rechts) van RUG uit.
‘We maten een erg grote spin-polarisatie van 14% in het grafeen, die naar verwachting ook is te beïnvloeden met een elektrisch veld.’ Samen met de uitstekende transporteigenschappen voor spins maakt dit een geheel van grafeen gemaakt 2D logisch circuit mogelijk.
‘We zagen ook dat de temperatuurgradiënt in het magnetische grafeen wordt omgezet in een spinstroom. Dit gebeurt door het zogeheten spin-afhankelijke Seebeck effect dat wij nu als eersten hebben gezien in grafeen tijdens dit experiment,' vertelt Ghiasi.
De efficiënte manier waarop magnetisch grafeen spinstromen maakt uit een elektrische stroom en uit warmte belooft de 2D spintronica en spin-calorimetrie een flinke stap vooruit te brengen.
Andere implicaties van deze resultaten zullen worden onderzocht binnen de context van het EU Graphene Flagship project, dat zich richt op nieuwe toepassingen van grafeen in 2D materialen.
