اولین قدم‌ها برای تولید سوئیج گرافنی

از چند سال قبل که گرافن برای اولین کشف شد تا کنون تحقیقات متعددی روی این ماده جادویی انجام شده است. به‌دلیل خواص مکانیکی و الکترونیکی خاص این ماده، از گرافن می‌توان به‌عنوان یک قطعه اسپینترونیک جدید استفاده کرد. اخیرا آندره واریخالوف و الیور رادر از مرکز هولمتز در برلین اولین گام‌ها را به‌سوی ساخت قطعات مبتنی بر گرافن برداشته‌اند. این کار با همکاری محققانی از روسیه، آلمان و آمریکا انجام شده است. نتایج این پژوهش در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده است. این گروه تحقیقاتی موفق شده است تا جفت شدن اربیتال-اسپین را در گرافن تا ۱۰هزار برابر افزایش دهند این رقم به‌قدری بالاست که می‌توان از این نوع گرافن در ساخت سوئیچ‌هایی برای میدان‌های الکتریکی بسیار ضعیف استفاده کرد.

این لایه‌های گرافنی روی زیرلایه‌ای از جنس نیکل قرار گرفته است که دارای ساختار شش ضلعی، همانند چیدمان لانه زنبوری گرافن، است. در قدم بعد محققان اتم‌های طلا را روی این نمونه، در فاصله میان گرافن و نیکل قرار دادند. آنها با استفاده از طیف‌سنج‌های فتوالکترون مختلفی که در مرکز هولمتز وجود دارد خواص الکترونیکی گرافن‌ها را اندازه‌گیری کردند.

الکترون‌ها، همانند کره زمین، دارای دو ممنتوم زاویه‌ای و یک ممنتوم اوربیتالی هستند. با استفاده از این ممنتوم‌ها الکترون قادر است به دور هسته بچرخد و اسپینی منطبق با محور چرخش خود داشته باشد. جفت شدن پرقدرت میان اوربیتال و اسپین به‌معنای تفاوت انرژی بالا است که این تفاوت به این بستگی دارد که آیا هر دو چرخش با هم هم‌جهت هستند یا در دو جهت مختلف اتفاق می‌افتند. در مورد هسته‌های ضعیف‌تر، نظیر کربن، برهمکنش اوربیتال-اسپین نسبتا ضعیف است در حالی که درمورد اتم سنگینی نظیر طلا این برهمکنش بسیار قوی است. دیمیتری مارچنکو می‌گوید ما نشان دادیم که در صورتی که ذرات طلا در مجاورت لایه گرافن قرار گیرد این اثرمتقابل میان دو لایه گرافن ۱۰ هزار برابر افزایش می‌یابد. این برهمکنش قوی موجب می‌شود تا بتوان از این ساختار برای تولید سوئیچ در میدان‌های الکتریکی استفاده کرد. در این سوئیچ‌ها میدان الکتریکی چرخش اسپین را تغییر داده و موجب خاموش یا روشن شدن سوئیچ می‌شود.