Написано AZoNano 4 декабря 2019 [194590000] [1945900] ]

Исследователи из группы теоретических и вычислительных нанонаук ICN2, а также Католического университета Лувена использовали численное моделирование, чтобы показать, что длина спиновой диффузии не зависит от размера зерна. Результаты опубликованы в Nano Letters и имеют значение для оптимизации спинтронных устройств на основе графена.

Графен – это материал, который приобрел известность в последние годы благодаря своим великолепным свойствам. В частности, для спинтроники графен является ценным материалом, поскольку спины используемых электронов остаются неизменными в течение относительно длительного времени. Тем не менее, графен необходимо производить в больших масштабах, чтобы использовать его в будущих устройствах. В связи с этим химическое осаждение из паровой фазы (CVD) является наиболее перспективным методом изготовления.

CVD включает выращивание графена на металлической подложке при высоких температурах. В этом процессе генерация графена начинается в разных точках подложки одновременно. Это создает различные монокристаллические домены графена, отделенные друг от друга через границы зерен, состоящие из массивов пяти-, семи- или даже восьмичленных углеродных колец. Таким образом, конечным продуктом является поликристаллический графен.

Поликристаллический графен так же хорош, как монокристаллический графен для спинтроники? Границы зерна являются значительным источником рассеяния заряда, увеличивая электрическое сопротивление материала. Как они влияют на спиновый транспорт?

Некоторые эксперименты предполагают, что границы зерен не играют главной роли в переносе спина. В этом контексте д-р Арон У. Каммингс из Группы теоретических и вычислительных нанонаук ICN2, возглавляемой профессором ICREA Стефаном Рошем, вместе с исследователями из Католического университета Лувена (Бельгия), использовали в первую очередь Принципы моделирования для изучения влияния границ зерен на спиновый транспорт в поликристаллическом графене. Исследование опубликовано в Nano Letters .

Исследователи рассмотрели два различных механизма, с помощью которых спины могут потерять свою первоначальную ориентацию (спиновая релаксация). Один объясняет рандомизацию спинов в зернах из-за спин-орбитальной связи, другой учитывает возможность переворотов спинов из-за рассеяния на границе зерен. Однако исследователи обнаружили, что последнего случая не произошло. Границы зерна не оказывают какого-либо вредного влияния на спиновый транспорт.

Следовательно, длина спиновой диффузии в поликристаллическом графене не зависит от размера зерна и зависит только от силы спин-орбитального взаимодействия, вызванного подложкой. Более того, это справедливо не только для диффузионного режима транспорта, но и для слабо локализованного, в котором начинают преобладать квантовые явления. Это первое квантово-механическое моделирование, подтверждающее, что одно и то же выражение для длины спиновой диффузии выполняется в обоих режимах.

Исследование подчеркивает тот факт, что однодоменный графен, возможно, не является требованием для приложений спинтроники, и что поликристаллический CVD-выращенный графен может работать так же хорошо. Это делает акцент на других аспектах увеличения производства графена, таких как удаление магнитных примесей.

Источник: https://icn2.cat/en/