Otáčení v grafenu může být vypnuto

NYSTV - Real Life X Files w Rob Skiba - Multi Language (Smět 2019).

Anonim

Spojením grafenu s jiným dvourozměrným materiálem vytvořili vědci na technologické univerzitě Chalmers prototyp tranzistorově podobného zařízení pro budoucí počítače založené na tom, co je známé jako spintronika. Spin jako informační nosič může mít za následek elektroniku, která je výrazně rychlejší a energeticky účinnější. Může také vést ke všestrannějším komponentům, které dokáží jak výpočet, tak i ukládání dat. Objev je zveřejněn ve vědeckém časopise Nature Communications.

Před více než dvěma lety uvedl stejný výzkumný tým na Chalmers University of Technology, že grafen, který je vynikajícím elektrickým vodičem, má také nepřekonané spintronické vlastnosti.

Velmi tenká uhlíková síťka se ukázala být schopna přenášet elektrony s koordinovaným odstřeďováním na delší vzdálenosti a udržovat rotaci delší dobu než kterýkoli jiný známý materiál při pokojové teplotě.

Přestože vzdálenost je stále v měřítku několika mikrometrů a doba je stále měřena v nanosekundách, v zásadě se otevřely dveře možnosti využití spin v mikroelektronických součástech.

"Ale nestačí mít dobrou dálnici pro to, aby směřoval signál o točivém signálu. Také potřebujete semafor, aby byl signál ovládán, " říká profesor Saroj Dash, vedoucí výzkumné skupiny.

"Naše nová výzva byla nalezením materiálu, který dokáže řídit i spin, je to těžké, protože obě úkoly vyžadují zcela opačné vlastnosti materiálu, " vysvětluje.

Stejně jako mnoho jiných vědců v horkém poli grafenu, výzkumníci Chalmers se proto rozhodli prověřit kombinaci graphenu a jiného tenkého, tzv. Dvourozměrného materiálu s kontrastními spintronickými vlastnostmi.

"Naším výběrovým materiálem byl disulfid molybdenu, MoS2, kvůli jeho nízké rotační životnosti v páru z vysokého spin-orbitu spojování, " říká André Dankert, postdoc výzkumník ve skupině.

André Dankert a Saroj Dash navrhli experiment, kdy se několik vrstev disulfidu molybdenu nanese na vrstvu grafenu ve formě sendvičového materiálu, označovaného jako heterostruktura. Tímto způsobem mohly detailně identifikovat, co se děje s spinovým signálem, když elektronový proud dosáhne heterostruktury:

"Za prvé, velikost spinového signálu a životnosti v grafenu je desetkrát redukována právě v těsném kontaktu s disulfidem molybdenu. Ale také ukazuje, jak lze řídit signál a životnost použitím elektrického napájecího napětí přes heterostrukturu, " vysvětluje Saroj Pomlčka.

Je to proto, že přírodní energetická bariéra, která existuje mezi vrstvami materiálu, nazývaná bariéra Schottky, se snižuje při aplikaci elektrického napětí. Tímto způsobem mohou elektrony kvantově mechanicky tunelovat z grafenu do disulfidu molybdenu. To způsobí, že spinová polarizace zmizí; rotace se náhodně rozdělí.

Otevření nebo uzavření "ventilu" tímto způsobem regulací napětí je podobné tomu, jak funguje tranzistor v konvenční elektronice. Nicméně, Saroj Dash je trochu váhavý volat zařízení rotační tranzistor.

"Když výzkumníci navrhli na budoucích spinových tranzistorech, často si představovali něco, co je založeno na polovodičové technologii a tzv. Koherentní manipulaci s elektronovým odstřeďováním. To, co jsme udělali, funguje úplně jinak, ale provádí podobnou změnu, " říká.

"Je to poprvé, kdy někdo dokázal, že regulace otáček točivého proudu a doby odstřeďování pracuje při pokojové teplotě - což přirozeně zvyšuje možnosti pro různé aplikace v budoucnu, " říká Saroj Dash.

Ačkoli je příliš brzy předpovědět, co to bude, Dash poukazuje na to, že součást založená na tomto principu by mohla být extrémně všestranná, protože obsahuje magnetické paměťové prvky, polovodiče a grapheny, stejně jako schopnost spintronického spínání.

"Poukazuje na multifunkční komponentu, která dokáže pracovat jak s datovými úlohami, tak s procesory - v jediné jednotce."

Fakta: Síran molybdenu, MoS2

Síran molybdeničitý je polovodičová látka, s nimiž se mnozí dostali do styku, protože je to aktivní složka v určitém typu maziva prodávaného na místní čerpací stanici.

S vrstvenou strukturou má disulfid molybdenu podobnost s grafitem, který se skládá z několika vrstev grafénu, které se drží dohromady. Nicméně pokud jde o spintroniku, materiály jsou navzájem opačné. Síran molybdenu neumožňuje, aby jakýkoli polarizovaný elektronový proud procházel. Spínací signál se setká s náhlou smrtí, protože elektrony se rychle vrátí k jejich přirozenému, náhodnému směšování nahoru a dolů.

Fakta: Spin a spintronika

Spin je kvantová mechanická vlastnost elektronů a dalších elementárních částic. Otáčení je buď směřováno nahoru nebo směrem dolů. Distribuce je obvykle náhodná.

Ale někdy všichni nebo většina elektronů v materiálu má svůj spin orientovaný stejným směrem - nahoru nebo dolů. Tak vznikne magnetismus.

S pomocí magnetů může být elektronový proud homogenizován - tj. Polarizován - takže všechny elektrony mají např. Up-spin. Proud se pak říká, že nese spinový signál.

Koordinované otáčení je citlivé na poruchy a může být snadno ztraceno, ale grafen se ukázal jako dirigent, který umožňuje, aby proud proudil neobvykle dlouhý, když jeho spin byl neporušený. Dost dlouho, aby bylo možné použít spin jako nosič informací v budoucích logických prvcích - spintronika.

menu
menu