ادغام امیدبخش گرافن و اسپینترونیک

گروهی از فیزیکدانان از دانشگاه شهری هونگ کونگ و دانشگاه علوم و فناوری چین قدم بزرگی در راستای ساخت افزاره‌های اسپینترونیکی گرافنی سودمند برداشته‌اند.

گروهی از فیزیکدانان از دانشگاه شهری هونگ
کونگ و دانشگاه علوم و فناوری چین قدم بزرگی در راستای ساخت افزاره‌های
اسپینترونیکی گرافنی سودمند برداشته‌اند.

امروزه افزاره‌های اسپینترونیکی بسیار مورد توجه هستند، زیرا آنها اندازه‌های
کوچک‌تر، قابلیت‌های بیشتر، و سرعت‌های بالاتر نسبت به افزاره‌های
الکترونیکی را نوید می‌دهند. “اسپین” یک خاصیت مکانیک کوانتومی است که از
اندازه حرکت چرخشی ذاتی یک ذره که ایجاد یک میدان مغناطیسی بسیار کوچک می‌کند،
ناشی می‌شود. یک اسپین دارای جهت است، یا “بالا” و یا “پایین”. این جهت در
سیستم دودویی می‌تواند داده‌ها را در حالت‌های ۰ و ۱ کدگذاری کند و دارای
این خاصیت کلیدی است که حافظه‌های داده‌ای اسپینی با قطع جریان الکتریکی از
بین نمی‌روند.
 

تصویر شماتیکی از پمپ جریان اسپینی گرافنی. یک لایه فرومغناطیسی بر روی گرافن تک
لایه و بین دو درگاه فلزی رسوب داده می‌شود. دو ولتاژ نوسانی V1(t) V2(t) به درگاه‌های
فلزی اعمال می‌شود.
کوک سام چان، از دانشگاه شهری هونگ کونگ و
یکی از این محققان، می‌گوید: “علاقه پژوهشی شدیدی به افزاره‌های
اسپینترونیکی که از اسپین‌های الکترون برای فرآوری داده‌ها استفاده
می‌کنند، وجود دارد؛ زیرا این افزاره‌های بدیع عملکرد بهتری نسبت به
افزاره‌های الکترونیکی سنتی دارند و یک روز جایگزین آنها خواهند شد. گرافن
یک ماده مهم برای افزاره‌های اسپینترونیکی است، زیرا اسپین الکترون در آن
می‌تواند برای مدت طولانی جهت خود را حفظ کند و در نتیجه اطلاعات ذخیره شده
بسادگی از بین نمی‌روند”.

با اینحال تولید جریان اسپینی در گرافن، که یک قسمت کلیدی برای حمل اطلاعات
در یک افزاره اسپینترونیکی گرافنی است، مشکل می‌باشد. چان و همکارانش روشی
برای این مورد ابداع کرده‌اند. این روش شامل شکافتگی اسپینی در گرافن تک
لایه است که از اثر مجاورتی فرومغناطیسی و پمپ کوانتومی آدیاباتیک (فرآیندی
که در مقایسه با سرعت الکترون‌ها در افزاره کندتر است) ایجاد می‌شود. آنها
می‌توانند درجه قطبش جریان اسپینی را با تغییر انرژی فرمی (یک تراز انرژی
برای توزیع انرژی‌های الکترونی در جامد که در آن یک حالت کوانتومی با
احتمال مساوی پر یا خالی می‌باشد) کنترل کنند که طبق گفته آنها این کار در
بسیاری از کاربردها بسیار مهم است.

این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را تحت عنوان “تولید جریان
اسپینی بوسیله پمپ کردن آدیاباتیک درگرافن تک‌لایه‌ای” در مجله‌ی Applied
Physics Letters منتشر کرده‌اند.