Графен, обладающий магнитными свойствами, может стать основой спинтронных и электронных устройств будущего

Графен, обладающий магнитными свойствами, может стать основой спинтронных и электронных устройств будущего

Исследователям из Института нанотехнологий IMDEA и двух мадридских университетов, университета Autonoma и Complutense, удалось придать графену магнитные свойства. Это дает графену, материалу, обладающему многими уникальными свойствами, такими как высокая электрическая проводимость, механическая прочность и некоторые оптические свойства, еще одно из фундаментальных свойств – свойство магнетизма. Обладание новым свойством открывает графену дорогу в область спинтронных устройств, использующих для хранения и обработки информации направление вращения электронов, их спина.

В отличие от исследований, проведенных другой группой ученых[1], в результате которых графен также приобрел магнитные свойства, испанские ученые пошли по другому пути. Они не стали вносить изменения и посторонние атомы в структуру материала, вместо этого им удалось создать гибридную сложную поверхность на которой графен начинает демонстрировать магнитные свойства.

В обычном состоянии все электроны атомов, из которых состоит графен, обладают спинами, направлением вращения, имеющими случайное значение. Но, для того, чтобы материал приобрел магнитные свойства требуется, чтобы спины всех или большей части его электронов имели одно и то же значение. И именно только магнитные материалы могут использоваться для создания спинтронных устройств, устройств, использующих для передачи, хранения и обработки информации не только электрический заряд перемещаемых электронов, но и их вращение.

20130513_1_1.jpg

Поскольку направление вращения электроном может принимать множество фиксированных значений, его использование позволяет добавить еще минимум два логических состояния к элементарной единице логических данных, биту. Таким образом значительно увеличиваются скорость обработки информации и количество данных, которые хранятся на спинтронных устройствах, что может найти массу применений в таких обастях, как телекоммуникации, вычисления, энергетика и медицина.

Для того, чтобы «намагнитить» графен, испанские исследователи совместили в рамках одного устройства нанотехнологии и принципы квантовой механики. Исследователи использовали графен высокой чистоты, графен, кристаллическая решетка которого не имеет дефектов. Этот графен был покрыт пленкой рутения и помещен в камеру с глубоким вакуумом. В этой камере методом вакуумного напыления на поверхность графена были осаждены молекулы полуорганического соединения TCNQ (tetracyano-p-quinodimethane). TCNQ – это соединение, которое при сверхнизких температурах и других определенных условиях имеет ярко выраженные полупроводниковые свойства.

Используя сканирующий туннельный микроскоп ученые исследовали поверхность графена и обнаружили, что органические молекулы TCNQ самостоятельно распределились равномерно и в определенном порядке по поверхности графена, это произошло, по их мнению из-за электронных взаимодействий молекул с поверхностью графена-рутения.

Проведенные дальнейшие исследования показали, что молекулы TCNQ не взаимодействуют непосредственно с графеном, но их присутствие является фактором, который упорядочивает спины электронов, которые движутся через графеновый слой. Эти молекулы, которые участвуют в переносе электрического заряда, служат чем-то вроде «выравнивателя» спина, все электроны, которые проходят через них, на выходе имеют строго определенный спин, что дает графену достаточно сильные магнитные свойства, которые можно будет использовать в спинтронных устройствах, которые в будущем придут на смену традиционным электронным устройствам.

0