Grafen může znamenat průlom i v spintronice

Tým profesora Andre Geima, který v roce 2010 obdržel (spolu s Konstantinem. Novoselovem) Nobelovu cenu za objev grafenu, nyní přišel s postupem, jak z grafenu udělat magnet a používat ho i ve spintronice.


Spintronika využívá nejen elektrického náboje elektronu, ale i jeho spin. Ten může buď přímo nést informaci, nebo interagovat s magnetickým polem (spin je vlastně magnetický moment) a například měnit odpor. Těchto vlastností se již používá v senzorech pro čtení informace z pevného disku nebo v pamětích MRAM. Dnešní paměti MRAM fungují tak, že otočení spinů volných/nepárových valenčních elektronů v materiálu může buď elektrický proud podporovat, nebo se mu naopak stavět do cesty. To, zda proud protéká nebo neprotéká, pak odpovídá záznamu informace, logické nule a jedničce. Spin tedy funkcí zhruba odpovídá indukci, tj. převodu „elektřiny na magnetismus" a zpět.

 

Článek, který vyšel v časopisu Science, nyní naznačuje, že v roli spintronických součástek by mohl najít uplatnění i grafen, tedy monomolekulární vrstva uhlíku, která se i jinak vyznačuje řadou unikátních vlastností. Tým z USA, Ruska, Japonska a Nizozemí řešil otázku, zda jde dosáhnout přímé interakce mezi spiny a elektrickým proudem, bez toho, aby bylo potřeba použít i magnetický materiál (tj. proud změní vlastnosti magnetu a ten zase vyvolá změnu orientace spinu).

Právě zde by mohl najít uplatnění grafen. Už slabé vnější magnetické pole způsobí, že spiny magnetu se otáčí kolmo k procházejícímu elektrickému proudu, a materiál se stává magnetickým (což uhlík sám o sobě není). Grafen tak funguje jako zesilovač. Pokud navíc monoatomární vrstvou uhlíku potáhneme nitrid boru, indukovaný magnetismus se začne projevovat i v makroskopických měřítcích. Změny orientace spinu se přitom přenášejí přesně, bez šumu/kazů. Na tomto principu by v budoucnu mohly být konstruovány i spinové tranzistory.

Současně jiný tým vědců, který vedl Michael S. Fuhrer, profesor fyziky z University of Maryland, zjistil, že s magnetickými vlastnostmi grafenu si lze hrát i jinak. Chybějící atomy, „díry" v mřížce grafenu, mají také vlastní magnetický moment a fungují jako miniaturní magnety. Díry navíc silně interagují s protékajícím elektrickým proudem a mění elektrický odpor materiálu. Dosud se podobných efektů dosahovalo jen přidání magnetických atomů do mřížky grafenu, lze se ale obejít i bez nich, a pracovat jen s čistým uhlíkem. Pokud by se podařilo miniaturní magnety nějak provázat, měly bychom před sebou uhlíkový, zcela nekovový magnet. Navíc by „vytrhávání" atomů na určitých místech mřížky umožnilo navrhovat materiály zcela kontrolovaných magnetických vlastností.

Všechno nasvědčuje tomu, že objevy kolem grafenu zdaleka nejsou u konce...

 

Zdroj: Sciencedaily

 

Poznámka: Spintronikou se velmi úspěšně zabývá i tým, který vede Dr. Tomáš Jungwirth z Fyzikálního ústavu AV ČR. Rozsáhlý rozhovor s ním na toto téma se objeví ve vědecké rubrice CIO-BusinessWorld, pravděpodobně ve vydání 6/2011.

 











Komentáře