![Krediet: Universiteit van Manchester NGI bevordert grafeen-spintronica omdat 1D-contacten de mobiliteit in apparaten op nanoschaal verbeteren](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2022/ngi-advances-graphene.jpg)
Krediet: Universiteit van Manchester
Onderzoekers van de Universiteit van Manchester hebben mogelijk een belangrijke hindernis genomen op het pad naar kwantumcomputing, door stapsgewijze verbeteringen aan te tonen in de spintransportkenmerken van op grafeen gebaseerde elektronische apparaten op nanoschaal.
Het team – bestaande uit onderzoekers van het National Graphene Institute (NGI) onder leiding van Dr. Ivan Vera Marun, medewerkers uit Japan en inclusief studenten die internationaal worden gefinancierd door Ecuador en Mexico – gebruikte monolaag grafeen ingekapseld door een ander 2D-materiaal (hexagonaal boornitride) in een zogenaamde van der Waals heterostructuur met eendimensionale contacten (hoofdafbeelding, hierboven). Er werd waargenomen dat deze architectuur een grafeenkanaal van extreem hoge kwaliteit opleverde, waardoor de interferentie of elektronische ‘doping’ door traditionele 2D-tunnelcontacten werd verminderd.
‘Spintronic’-apparaten, zoals ze bekend staan, bieden mogelijk een hogere energie-efficiëntie en lagere dissipatie in vergelijking met conventionele elektronica, die afhankelijk is van laadstromen. In principe zouden telefoons en tablets die werken met op spin gebaseerde transistors en geheugens aanzienlijk kunnen worden verbeterd in snelheid en opslagcapaciteit, wat de wet van Moore overtreft.
Zoals gepubliceerd in Nano-lettersheeft het Manchester-team de elektronenmobiliteit gemeten tot 130.000 cm2/Vs bij lage temperaturen (20K of -253 .)OC). Ter vergelijking: de enige eerder gepubliceerde pogingen om een apparaat met 1D-contacten te fabriceren, bereikten een mobiliteit van minder dan 30.000 cm2/Vs, en het 130.000-cijfer gemeten bij de NGI is hoger dan geregistreerd voor enig ander eerder grafeenkanaal waar spintransport werd aangetoond.
De onderzoekers registreerden ook spindiffusielengtes van bijna 20 m. Waar langer beter is, hebben de meeste typische geleidende materialen (metalen en halfgeleiders) spindiffusielengtes
Hoofdauteur van de studie Victor Guarochico zei dat hun “werk een bijdrage is aan het gebied van grafeen-spintronica. We hebben de grootste dragermobiliteit tot nu toe bereikt met betrekking tot spintronische apparaten op basis van grafeen. Bovendien wordt de spin-informatie bewaard over afstanden die vergelijkbaar zijn met de beste gerapporteerd in de literatuur. Deze aspecten openen de mogelijkheid om logische architecturen te verkennen met behulp van laterale spintronische elementen waar spintransport over lange afstand nodig is.”
Co-auteur Chris Anderson voegde toe dat “dit onderzoekswerk opwindend bewijs heeft geleverd voor een significante en nieuwe benadering voor het beheersen van spintransport in grafeenkanalen, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor apparaten met vergelijkbare kenmerken als geavanceerde hedendaagse op lading gebaseerde apparaten. Voortbouwend op dit werk , worden nu dubbellaagse grafeenapparaten met 1D-contacten gekarakteriseerd, waarbij de aanwezigheid van een elektrostatisch afstembare bandgap een extra dimensie mogelijk maakt om transportcontrole te draaien.”
Victor H. Guarochico-Moreira et al, Afstembare spin-injectie in hoogwaardig grafeen met eendimensionale contacten, Nano-letters (2022). DOI: 10.1021/acs.nanolet.1c03625
Nano-letters
Aangeboden door de Universiteit van Manchester