Написано AZoNano 18 октября 2019 года [19459] [19459]

Для изготовления транзисторов, которые работают с использованием вращения электронов, а не их заряда, важно найти способ включения и выключения спиновых токов. Более того, период спинов должен, по крайней мере, соответствовать времени, которое требуется этим электронам для прохождения через цепь.

Команда ученых из Университета Гронингена недавно сделала важный шаг вперед, создав устройство, соответствующее обоим этим требованиям, на основе двойного слоя графена поверх слоя дисульфида вольфрама. Подробности исследования были опубликованы в выпуске журнала журнала Physical Review B.

от 16 октября .

Графен, двумерная (2D) форма углерода, является исключительным проводником электронных спинов. Однако в этом материале трудно контролировать спиновые токи. Спин можно определить как квантово-механическое свойство электронов, которое заставляет их действовать как миниатюрные магниты.

Группа по физике наноустройств в Университете Гронингена, возглавляемая профессором Бартом ван Висом, работает над решением этой проблемы. Ранее они продемонстрировали, что можно манипулировать спиновыми токами, если графен расположен поверх слоя дисульфида вольфрама (другой двумерный материал).

Новая техника

Однако такой подход сокращает время жизни спинов.

Сиддхартха Омар, доктор наук, Ван Вис Груп, Университет Гронингена

Вольфрам – это металл, и его атомы воздействуют на электроны, проходящие через графен, рассеивая спиновые токи. Это заставило Омара добавить двойной слой графена на дисульфид вольфрама, основываясь на концепции, согласно которой электроны, проходящие через верхний слой, должны «ощущать» меньше влияния атомов металла.

Омар также использовал другой новый метод, в котором два различных типа спинового тока передаются через графен. Спин – это магнитный момент, который имеет заданное направление. Спины в обычных материалах не выровнены. Однако магнитный момент спиновых токов, аналогичный магнитным моментам, имеет особое выравнивание. По отношению к материалу, по которому движутся электроны, их спины могут иметь ориентацию вне плоскости или ориентацию в плоскости.

Уровень энергии

«Мы обнаружили, что при прохождении электронов через внешний графеновый слой спины в плоскости рассеиваются очень быстро – всего за пикосекунды. Однако время жизни внеплоскостных спинов примерно в сто раз больше ». Это означает, что даже при воздействии дисульфида вольфрама один компонент спиновых токов (спины с внеплоскостной координацией) может двигаться достаточно далеко, чтобы использоваться в таких устройствах, как транзисторы.

Уровень энергии спиновых токов, свидетелем которых был Омар, заставил их пройти через верхний слой графена. Этот уровень энергии может быть улучшен путем применения электрического поля, заставляя спиновые токи проникать в нижний слой.

Внизу спины почувствуют полное влияние атомов металла, а спиновые токи быстро рассеются.

Сиддхартха Омар, доктор наук, Ван Вис Груп, Университет Гронингена

Эта способность отключать спиновый ток с помощью электрического поля является значительной, поскольку она может применяться к транзисторам с «затвором», основанным на этой технологии.

К сожалению, некоторые технические ограничения подложки, на которой мы построили эти устройства, не позволяют нам создавать электрические поля, достаточно сильные для создания этого стробирующего эффекта. Однако мы показали, что через гетероструктуру из графена и дисульфида вольфрама можно передавать спиновые токи. Это важный шаг на пути к созданию спинового транзистора.

Сиддхартха Омар, доктор наук, Ван Вис Груп, Университет Гронингена

Источник: https://www.rug.nl