دانشمندان آزمایشگاه پژوهشی دریایی آمریکا نشان داده‌اند، گرافن می‌تواند بعنوان یک سد تونلی قطبیده- اسپینی کم مقاومت، امکان تزریق/آشکارسازی اسپین به سیلیکون از یک فلز فرومغناطیس را ممکن کند.
مسیر جدیدی برای تماس‌های قطبیده-اسپینی روی سیلیکون
دانشمندان آزمایشگاه پژوهشی دریایی در آمریکا نشان داده‌اند که گرافن می‌تواند بعنوان یک سد تونلی قطبیده- اسپینی کم مقاومت لحاظ شود و امکان تزریق/آشکارسازی اسپین به سیلیکون از یک فلز فرومغناطیسی را ممکن کند. گرافن یک سد تونلی یکنواخت، خنثی، و مقاوم فراهم می‌کند که عاری از حالت‌های نقصی و دامی موجود در سدهای اکسیدی است. این کشف یکی از موانع مهم توسعه افزاره‌های اسپینترونیکی نیمه‌رسانا را برطرف می‌کند.
فلزات فرومغناطیسی، مانند آهن یا پرمالوی، دارای جمعیت‌های الکترونی قطبیده- اسپینی ذاتی (الکترون‌های اسپین- بالا در آنها از الکترون‌های اسپین- پایین بیشتر است) هستند و به‌همین خاطر تماس مناسبی برای تزریق و آشکارسازی اسپین در یک نیمه‌رسانا هستند. به یک سد تونلی واسطه نیز نیاز است تا از اشباع کانال‌های اسپینی نیمه‌رسانا اجتناب شود – در غیر این صورت هیچ قطبش اسپینی خالصی در نیمه‌رسانا ایجاد نخواهد شد. با اینحال، سدهای اکسیدی (مثل Al2O3 یا MgO) که اغلب استفاده می‌شوند، دارای نقایص، بار بدام افتاده و پخش درونی بوده و مقاومت بسیار بالایی هم دارند – تمام این فاکتورها روی عملکرد تأثیر می‌گذارند. این گروه پژوهشی به رهبری دکتر برند جونکر برای حل این مشکل از لایه منفرد گرافنی بعنوان سد تونلی استفاده کردند. این رهیافت بدیع از یک ماده مقاوم، خنثی، و پایدار با ضخامت کنترل شده برای ساخت تماس اسپینی کم مقاومت استفاده می‌کند.
دانشمندان با موفقیت از گرافن (خاکستری) بعنوان یک سد تونلی برای تزریق الکتریکی الکترون‌های قطبیده-اسپینی از یک تماس NiFe فروالکتریکی (قرمز) به زیرلایه سیلیکونی (ارغوانی) استفاده کردند.
گروه مذکور از این رهیافت برای نشان دادن تولید و آشکارسازی الکتریکی تجمع اسپینی در سیلیکون بالای دمای اتاق استفاده کرد و نشان داد که حاصلضرب‌های مساحت- مقاومت تماسی آن ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر کمتر از موارد بدست آمده در سدهای تونل اکسیدی روی زیرلایه‌های سیلیکونی با میزان دوپ‌شده مشابه است.
برند جونکر توضیح می‌دهد که این نتایج مسیر جدیدی برای تماس‌های قطبیده- اسپینی با حاصلضرب مساحت- مقاومت پایین، که کلید مهمی در افزاره‌های اسپینترونیکی نیمه‌رسانا بر پایه مغناطومقاومت دو- پایانه‌ای هستند (مانند ترانزیستورها، منطق، و حافظه اسپینی)، شناسایی می‌کند.
این پیشنهاد مطرح می‌کند که استفاده از گرافن چندلایه در چنین ساختارهایی می‌تواند مقادیر بسیار بالاتری از قطبش اسپینی تونلی مهیا کند که ناشی از اثرات پالایشی اسپینی ساختار نواری است. این افزایش با مهیا کردن نسبت سیگنال به نویز بالاتر و سرعت‌های عملیاتی متناظر باعث بهبود عملکرد افزاره‌های اسپینترونیکی نیمه‌رسانا خواهد شد.
این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature Nanotechnology منتشر کرده‌اند.
