Groningenin yliopiston fysiikan tutkijat yhdessä Regensburgin yliopiston teoreettisten fyysikkojen kanssa ovat rakentaneet kaksikerroksisen grafeenirakenteen. Siinä on demottu pitkäikäistä spiniä sekä spinin anisotropian sähköistä ohjausta. Menettelyä voi käyttää käytännön sovelluksissa, kuten spin-pohjaisissa logiikkalaitteissa.
Monet tieteilijät tutkivat spinien käyttöä informaation kuljetukseen ja tallentamiseen. Tällä hetkellä spintroniikkatutkimuksen painopiste on materiaalien optimoinnissa spinien siirtoon ja hallintaan.
Grafeeni on erinomainen elektronien spinien johde, mutta spinejä on siinä vaikea hallita. Tämä johtuu siitä, että spinien ja hiilen välinen vuorovaikutus (spin-orbit coupling) on heikko.
Groningenin yliopiston professori Bart van Weesin johtaman ryhmän aikaisempi työ sijoitti grafeenin siirtymämetalli dikalkogeeniin (TMD), mikä loi tähän vahvan luontaisen spin-orbit -kytkennän. Tämä mahdollistaa spin-virtojen hallinnan, mutta se tapahtuu spinin lyhentyneen elinajan kustannuksella.
Vuonna 2012 esitetyssä teoriassa ennustettiin anisotrooppinen spininkuljetus grafeenin kaksoiskerroksessa spin-orbit -kytkennän seurauksena. Anisotrooppinen spininkuljetus kuvaa tilannetta, jossa grafeenitasoon tai siihen poikittain osoittavat spinit johtuvat eri tavoin.
Nyt tutkimustyössä todettu anisotrooppinen vahvuus on verrattavissa grafeeni/TMD -rakenteisiin, mutta samalla havaittiin sata kertaa pidempi spinin elinikä.
Rakenteessa tasomaisesti siirtyvät spinit elävät huomattavasti lyhyempään kuin tasoon nähden poikittaisesti siirtyvät. Näin rakennetta voitaisiin käyttää spinvirtojen polarisoimiseksi. Saavutusta voisi hyödyntää esimerkiksi spin-polarisaattoreissa.
Myös Columbus-Ohion State Universitystä on saatu vastaavanlaisia tuloksia. Siellä tutkijat osoittivat, että sähkökentät voivat aiheuttaa epäsymmetrisen spin-orbit-kytkentän kaksikerroksisessa grafeenissa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 2.10.2018
