Wetenschappers brengen kunstmatige ‘magnetische textuur’ aan in grafeen

Grafeen is ongelooflijk sterk, lichtgewicht, geleidend … de lijst met overtreffende trap eigenschappen gaat maar door.

Het is echter niet magnetisch – een tekortkoming die het nut ervan in de spintronica heeft belemmerd, een opkomend veld waarvan wetenschappers zeggen dat het uiteindelijk de regels van de elektronica zou kunnen herschrijven, wat zou leiden tot krachtigere halfgeleiders, computers en andere apparaten.

Nu meldt een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit van Buffalo een vooruitgang die zou kunnen helpen om dit obstakel te overwinnen.

In een studie die vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd Fysieke beoordelingsbrievenbeschrijven onderzoekers hoe ze een magneet koppelden aan grafeen, en wat ze omschrijven als “kunstmatige magnetische textuur” induceerden in het niet-magnetische wondermateriaal.

“Onafhankelijk van elkaar, grafeen en spintronica hebben elk een ongelooflijk potentieel om vele aspecten van het bedrijfsleven en de samenleving fundamenteel te veranderen. Maar als je de twee kunt combineren, zijn de synergetische effecten waarschijnlijk iets dat deze wereld nog niet heeft gezien”, zegt hoofdauteur Nargess Arabchigavkani, die het onderzoek uitvoerde als Ph.D. kandidaat bij UB en is nu postdoctoraal onderzoeksmedewerker bij SUNY Polytechnic Institute.

Andere auteurs vertegenwoordigen UB, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang in Thailand, Chiba University in Japan, University of Science and Technology of China, University of Nebraska Omaha, University of Nebraska Lincoln en Uppsala University in Zweden.

Voor hun experimenten plaatsten onderzoekers een 20 nanometer dikke magneet in direct contact met een laag grafeen, een enkele laag koolstofatomen gerangschikt in een tweedimensionaal honingraatrooster van minder dan 1 nanometer dik.

“Om je een idee te geven van het verschil in grootte: het is een beetje alsof je een steen op een vel papier legt”, zegt Jonathan Bird, Ph.D., senior auteur van de studie, professor en voorzitter van elektrotechniek aan de UB School of Engineering. en toegepaste wetenschappen.

Onderzoekers plaatsten vervolgens acht elektroden op verschillende plekken rond het grafeen en de magneet om hun geleidbaarheid te meten.

De elektroden onthulden een verrassing: de magneet veroorzaakte een kunstmatige magnetische textuur in het grafeen die zelfs bleef bestaan ​​in delen van het grafeen weg van de magneet. Simpel gezegd, het innige contact tussen de twee objecten zorgde ervoor dat de normaal gesproken niet-magnetische koolstof zich anders gedroeg en magnetische eigenschappen vertoonde die vergelijkbaar waren met gewone magnetische materialen zoals ijzer of kobalt.

Bovendien werd ontdekt dat deze eigenschappen de natuurlijke eigenschappen van grafeen volledig zouden kunnen overweldigen, zelfs als we enkele microns wegkijken van het contactpunt van het grafeen en de magneet. Deze afstand (een micron is een miljoenste van een meter), hoewel ongelooflijk klein, is microscopisch gezien relatief groot.

De bevindingen roepen belangrijke vragen op met betrekking tot de microscopische oorsprong van de magnetische textuur in het grafeen.

Het belangrijkste, zegt Bird, is de mate waarin het geïnduceerde magnetische gedrag voortkomt uit de invloed van spinpolarisatie en / of spin-orbit-koppeling, dit zijn fenomenen waarvan bekend is dat ze nauw verband houden met de magnetische eigenschappen van materialen en met de opkomende technologie van spintronica.

In plaats van de elektrische lading te gebruiken die door elektronen wordt gedragen (zoals in traditionele elektronica), proberen spintronische apparaten de unieke kwantumeigenschap van elektronen te benutten die bekend staat als spin (die analoog is aan de aarde die om zijn eigen as draait). Spin biedt de mogelijkheid om meer gegevens in kleinere apparaten te verpakken, waardoor het vermogen van halfgeleiders, kwantumcomputers, apparaten voor massaopslag en andere digitale elektronica toeneemt.