Italialaisen Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzatin- eli SISSA-korkeakoulun tutkijat ovat tarkastelleet grafeenin nanohiutaleita. Tutkitut kuusikulmaiset nanorakenteet mahdollistaisivat kvantti-ilmiöiden hyödyntämisen virrankulun moduloinnissa. Luontaisten magneettisten ominaisuuksien ansiosta ne voivat lisäksi edustaa merkittävää edistysaskelta spintroniikan alalla.
Teoreettisella analyysillä ja simulaatioilla tehdyssä tutkimuksessa havaittiin kaksi keskeistä ilmiötä grafeenisten nanohiutaleiden ominaisuuksissa. Ensimmäinen ilmiö liittyy elektronien ja sen kvantti-ilmiön välisiin interferensseihin: nanohiutaleissa elektronit vaikuttavat toisiinsa siten, että virta ei kulje.
Tämän tyyppinen kvantti-ilmiö esiintyy vain hyvin pienissä mitoissa. Samalla kuitenkin havaittiin, että ilmiö on mahdollista tuoda suurempaan järjestelmään, eli nanomaailmaan jossa se on havaittavissa ja jota voidaan hyödyntää mahdollisissa nanoelektroniikan käyttötavoissa.
Kun rakenteessa on voimassa kvantti-interferenssi eli virta ei kulje, tällainen kvanttitransistori olisi ”off”-tilassa. ”On”-tilaan pääseminen riittää, että interferenssin olosuhteet poistetaan, jolloin virta pääsee jälleen kulkemaan.
Lisäksi ilmeni, että nanohiutaleilla on uusia magneettisia ominaisuuksia, jotka puuttuvat esimerkiksi kokonaisesta grafeenilevystä. Magnetismi ilmenee spontaanisti reunoilla ilman ulkopuolista vaikutusta. Tämä mahdollistaa spinvirran luomisen.
Kvantti-interferenssin ja magnetismin ilmiöiden välinen yhteyden avulla on mahdollista tuottaa lähes täydellinen spinpolarisaatio, jolla on potentiaalia spintroniikan alalla, selittävät tutkijat. Näitä ominaisuuksia voitaisiin käyttää esimerkiksi tietotekniseen tallentamiseen ja käsittelyyn, kun spinin tilaa tulkitaan binäärikoodiksi.
- Tulokset ovat todella mielenkiintoisia. Nämä todisteet odottavat nyt kokeellista testiä, jotta voimme vahvistaa, mitä teoreettisesti ennustimme, toteaa tutkimuksen vetäjä Massimo Capone.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 21.3.2018
