Los científicos de la Universidad de Groninga dirigidos por el profesor de física Bart van Wees han creado un dispositivo a base de grafeno, en el que se pueden inyectar y detectar espines de electrones con una eficiencia sin precedentes. El resultado es un aumento de cien veces de la señal de espín, lo suficientemente grande como para ser utilizadoen aplicaciones de la vida real, como los nuevos transistores de espín y la lógica basada en espín. La investigación es parte del buque insignia de grafeno de la Unión Europea de 1 billón de euros, y los resultados se publicaron en Comunicaciones de la naturaleza el 15 de agosto.
'Girar' es una propiedad magnética de los electrones, que puede tomar los valores 'arriba' o 'abajo'. Podría usarse para almacenar, transportar y manipular información, pero es difícil de manejar. Por ejemplo, pierde la dirección sobretiempo, y hasta ahora nadie ha logrado crear más que un pequeño porcentaje de polarización de espín; en otras palabras, la diferencia entre el número de espines 'arriba' versus 'abajo' es pequeña.
inyección de vuelta
Gran parte de la investigación en el laboratorio de Van Wees está dirigida a obtener una mejor comprensión del comportamiento del espín en diferentes materiales. Su laboratorio ya ha logrado transportar señales de espín a distancias récord a temperatura ambiente. Los últimos experimentos se centraron en la inyección y detección de espín.La inyección significa introducir electrones con espines polarizados en un dispositivo. En una corriente de electrones normal, el número de espines hacia arriba y hacia abajo es el mismo. "La polarización del espín se logra enviando los electrones a través de un material ferromagnético", explica Van Wees. Esto crea unexceso de un tipo de giro
El dispositivo utilizado en los últimos experimentos fue un emparedado de diferentes materiales. En el núcleo había una capa de grafeno, de solo un átomo de espesor. 'El grafeno es un material muy bueno para el transporte de espín, pero no le permite manipularlolos espines ", dice Van Wees. El grafeno descansa sobre una capa aislante de nitruro de boro, que descansa sobre un semiconductor de silicio. En la parte superior del grafeno hay una capa muy delgada, de unos pocos átomos de espesor, de nitruro de boro, que protege elelectrones en el grafeno de influencias externas.
inesperado
"Para inyectar giros en el grafeno, hay que hacerlos pasar a través de la capa superior del aislante de nitruro de boro. Esto se puede lograr con un túnel cuántico", dice Van Wees. La construcción inicial tenía un átomo de espesor, pero demostródemasiado delgada y no pudo proteger los electrones en el grafeno de las influencias externas. Una capa de tres átomos proporcionó suficiente protección y permitió la inyección de espín normal. Pero una capa de dos átomos causó que ocurriera algo totalmente inesperado. "Observamos una polarización de espín muy fuerte.de hasta el 70 por ciento, diez veces lo que solemos obtener '
Siempre se supuso que la polarización era el resultado del paso de los electrones a través de un ferromagnet. Pero en ese caso, la polarización debería haber tenido un valor fijo. En los dispositivos de Van Wees, la polarización aumentó con el voltaje. "No tenemosidea de por qué sucede esto ", dice Van Wees. También encontró un aumento de diez veces similar en la detección de giros en el mismo dispositivo." Entonces, en general, la señal aumentó en un factor de 100 ".
Proyecto emblemático
Esto crea muchas posibilidades. "Ahora podemos inyectar un espín en el grafeno y medirlo fácilmente después de que haya recorrido cierta distancia. Una aplicación sería como detector de campos magnéticos, lo que afectará la señal de espín". Otra posibilidad seríapara construir una puerta lógica de giro o un transistor de giro. Como los experimentos con el nuevo dispositivo se llevaron a cabo a temperatura ambiente, tales aplicaciones están bastante cerca. "Sin embargo, advierte Van Wees," usamos grafeno que obtuvimos por exfoliación, usandoCinta adhesiva para despegar monocapas de una pieza de grafito. Esto no es adecuado para la producción a gran escala. 'Todavía se están desarrollando técnicas para hacer la calidad correcta de grafeno a escala industrial.'
El trabajo sobre el giro en grafeno es parte del Proyecto emblemático de diez años de la Unión Europea que comenzó en 2013 con un presupuesto de 1 000 millones de euros. Van Wees es líder del Paquete de trabajo Spintronics, que ha cumplido todos sus objetivos hasta ahora yestá previsto que continúe durante al menos otros dos años. Trabajar con socios industriales para traducir los resultados de laboratorio en aplicaciones es un objetivo importante en esta etapa.
Van Wees ya ha logrado aumentar el transporte de espín en el grafeno y manipular la dirección del transporte. Ahora ha aumentado drásticamente la señal. 'Ahora tenemos que trabajar tanto para comprender la física como para desarrollar la tecnología para integrar estos dispositivos en sistemas más grandesPero también tenemos que pensar en aplicaciones completamente nuevas que pueden ser posibles '.
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Materiales proporcionados por Universidad de Groningen . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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