El grafeno es un material único con un gran potencial para el transporte a larga distancia de información sobre giros. Sin embargo, la interconversión spin-to-charge (SCI) en grafeno y heteroestructuras basadas en grafeno hasta la fecha no se pudo realizar a temperatura ambiente. Pero ahora, los investigadores de los socios emblemáticos de Graphene ICN2 y la Universitat Autònoma de Barcelona, ​​España, y la Universidad de Groningen, Países Bajos, han logrado un LME eficiente a temperatura ambiente en estructuras basadas en grafeno, y han ideado una manera de hacer que este proceso sea sintonizable usando un dispositivo externo campo eléctrico. Los hallazgos, publicados en Nature Materials y Nano Letters, podrían permitir a los científicos usar heteroestructuras en capas para dispositivos de memoria magnética ultracompactos y de bajo consumo de energía.

La espintrónica es una rama de la electrónica que utiliza el giro de los electrones para almacenar, manipular y transferir información. Spintronics podría beneficiar a muchos mercados emergentes, como sensores de movimiento y dispositivos de memoria de próxima generación. El desarrollo de tecnologías eficientes y versátiles basadas en espín requiere tanto materiales de alta calidad para la transferencia de espín a larga distancia, como métodos de ingeniería adecuados para generar y manipular corrientes de espín, para garantizar que los electrones se muevan de forma controlada con sus espines orientados a lo largo de una dirección determinada.

En general, las corrientes de giro se generan y detectan mediante contactos ferromagnéticos. Pero, como alternativa, las interacciones spin-órbita podrían permitir que las corrientes de spin sean controladas completamente por un campo eléctrico, resultando en una herramienta mucho más versátil para ser implementada en dispositivos de spin a gran escala. Ahora, el investigador de Graphene Flagship ICREA Prof. Stephan Roche y sus colegas han explotado las propiedades únicas de rotación del grafeno para transportar información de rotación a través de largas distancias en electrónica SCI a gran escala. Además, al interactuar el grafeno con dichoslcogenuros de metales de transición (TMD), otra familia de materiales en capas con un fuerte acoplamiento de la órbita de rotación, pudieron controlar con precisión el transporte de rotación en estos dispositivos. «Gracias a esta investigación,

Al fabricar un dispositivo de alta calidad y utilizar técnicas de detección muy sensibles para evaluar el efecto Hall y el efecto inverso de Galvanic, centrándose en particular en la precesión del spin y las mediciones no locales, demostraron experimentalmente que el SCI en las heteroestructuras de grafeno-TMD está en buen estado acuerdo con modelos teóricos. Además, utilizando estas técnicas, los investigadores de Graphene Flagship no solo demostraron el carácter relacionado con el giro de las señales, sino que también adaptaron la eficiencia de su LME y sus signos mediante la activación electrostática. Esta importante característica muestra directamente su capacidad para manipular la información de rotación en las heteroestructuras con un campo eléctrico, y esto pronto podría conducir a nuevas aplicaciones en dispositivos de memoria magnética. Más destacado,

«Estamos muy emocionados de informar la primera evidencia inequívoca de LME grande y sintonizable en las heteroestructuras de van der Waals a temperatura ambiente», comenta el coautor del ICREA, Prof. Sergio Valenzuela, del socio de Graphene Flagship ICN2. «Este es un paso significativo hacia el objetivo largamente buscado del control electrostático de la información de giro», continúa. Además, el profesor Bart van Wees, de Graphene Flagship, socio de la Universidad de Groningen, explica: «Es difícil imaginar cuán complejo es fabricar dispositivos de espín que combinen varios tipos de materiales magnéticos y no magnéticos, grafeno, nitruro de boro y fuertes materiales de acoplamiento de la órbita giratoria, como los TMD. Gracias a este trabajo

Kevin Garello, Líder del paquete de trabajo insignia de Graphene para Spintronics, comenta: “Los dispositivos que involucran el fenómeno de torsión de órbita de giro, como el efecto de giro de giro y el efecto de giro galvánico, son excelentes candidatos para futuras aplicaciones de spintrónica, ya que requieren una baja potencia de entrada y son capaz de rendimiento ultrarrápido. Es genial ver que los pares de giro de órbita pueden manipularse y mejorarse eléctricamente mediante la ingeniería inteligente de materiales en capas, que ahora ha sido confirmada inequívocamente de forma independiente por dos equipos experimentales en Work Package Spintronics. Esto abre la puerta a nuevas y emocionantes perspectivas y estrategias para manipular la información de espín y avanzar aún más en las aplicaciones de espintrónica basadas en materiales en capas «.

El éxito de estos estudios es el resultado del esfuerzo conjunto entre investigadores experimentales y teóricos que trabajan en estrecha colaboración en el marco de Graphene Flagship financiado por la UE. Los resultados proporcionan información valiosa para las comunidades de spintronics y materiales en capas, y los investigadores esperan que sus hallazgos permitan a los científicos explorar nuevos modelos teóricos y más experimentos en el futuro.

Andrea C. Ferrari, Oficial de Ciencia y Tecnología de Graphene Flagship y Presidenta de su Panel de Administración, agrega: “El Graphene Flagship ha invertido en investigación de espintrónica desde el principio. El gran potencial del grafeno y materiales relacionados en esta área ha sido demostrado por el trabajo líder mundial realizado en el buque insignia. Estos resultados indican que nos estamos acercando al punto en el que el trabajo fundamental puede traducirse en aplicaciones útiles, como se prevé en nuestras hojas de ruta de ciencia, tecnología e innovación ”.

Referencias

‘ Efectos de efecto galvánico y de giro sintonizables a temperatura ambiente en las heteroestructuras de van der Waals ‘, Nat. Mater. (2020) doi: 5-1. L. Antonio Benítez, Williams Savero Torres, Juan F. Sierra, Matias Timmermans, José H. García, Stephan Roche, Marius V. Costache y Sergio O. Valenzuela.

‘ Conversión de carga a giro por el efecto Rashba-Edelstein en heteroestructuras de Van der Waals bidimensionales hasta temperatura ambiente ‘, Nano Lett, 19 , 9, (2019). TS Ghiasi, Alexey A. Kaverzin, PJ Blah y Bart van Wees.

Fuente / Fuente: https://graphene-flagship.eu/news/Pages/Layered-heterostructures-put-a-spin-on-magnetic-memory-devices.aspx