Spintronika, poprzez manipulację spinem elektronów, umożliwia szybsze działanie urządzeń elektronicznych i zmniejszenie zużycia energii, jednak generowanie i manipulowanie teksturami spinowymi w materiałach nadal stanowi wyzwanie. Niedawno hiszpańsko-niemiecki zespół badawczy odkrył, że gdy grafen jest warstwowo układany z ciężkimi metalami, takimi jak kobalt i iryd, wykazuje wzmocnione efekty kwantowe, takie jak zwiększone sprzężenie spinowo-orbitalne i pochylenie spinowe. Jest to niezwykle korzystne dla rozwoju spintroniki.
Spis treści:
Grafen a Spintronika
Spintronika wykorzystuje właściwości spinowe elektronów do wykonywania operacji logicznych i przechowywania danych, a urządzenia spintroniczne mogą przewyższać tradycyjne półprzewodniki pod względem szybkości i zużycia energii. Jednak generowanie i manipulowanie teksturami spinowymi w materiałach nadal napotyka poważne wyzwania. Grafen, dwuwymiarowa struktura o heksagonalnym układzie atomów węgla, jest uważany za potencjalny materiał do zastosowań spintronicznych. Kiedy grafen jest osadzany na cienkich warstwach ciężkich metali, na ich granicy powstaje silne sprzężenie spinowo-orbitalne, prowadzące do wielu efektów kwantowych, w tym efektu Rashby (rozszczepienie poziomów energetycznych wywołane sprzężeniem spinowo-orbitalnym) i oddziaływania Dzyaloshinskiego-Moriyi (pochylenie uporządkowania spinowego). Szczególnie efekt pochylenia spinowego może być wykorzystany do stabilizacji wirowych tekstur spinowych (Skyrmionów), które są uważane za kluczowe elementy przyszłej spintroniki.
※Krótkie wyjaśnienie: Spin jest właściwością elektronu, która może generować magnetyzm i wpływać na zastosowania komponentów elektronicznych. W przeciwieństwie do tradycyjnych komponentów elektronicznych, kontrola spinu otwiera więcej możliwości. Kiedy substancje magnetyczne i niemagnetyczne stykają się, oddziałują na siebie, tworząc „efekt magnetycznej bliskości”. Ta właściwość jest szeroko stosowana w pamięciach magnetycznych.
Wzmacniające Działanie Warstwy Kobaltu
Hiszpańsko-niemiecki zespół badawczy niedawno odkrył, że włożenie pojedynczej warstwy ferromagnetycznego kobaltu między grafen a ciężki metal (taki jak iryd) znacznie wzmacnia te efekty kwantowe. Zespół hodował próbki na podłożu izolującym, aby zapewnić efektywne zastosowanie tych efektów w wielofunkcyjnych urządzeniach spintronicznych.
Analiza spektroskopowa przeprowadzona w Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) BESSY II wykazała, że grafen nie tylko oddziałuje z warstwą kobaltu, ale także pośrednio oddziałuje z warstwą irydu poprzez kobalt. Oznacza to, że oddziaływanie między grafenem a ciężkim metalem jest mediowane przez ferromagnetyczną warstwę kobaltu, co z kolei wzmacnia rozszczepienie poziomów energetycznych i efekt pochylenia spinowego.
rzełomowe Eksperymenty i Weryfikacja Teoretyczna
Dr Jaime Sánchez-Barriga, fizyk z HZB, zauważył, że poprzez regulację liczby monowarstw kobaltu można wpływać na efekt pochylenia spinowego, przy czym trzy monowarstwy kobaltu dawały najlepsze rezultaty. Wynik ten został potwierdzony nie tylko danymi eksperymentalnymi, ale także obliczeniami teorii funkcjonału gęstości (DFT). Wzajemne oddziaływanie i wzmocnienie dwóch efektów kwantowych jest kluczowym odkryciem tego badania, a zjawisko to jest nowe i nieoczekiwane.
Przełom w tych badaniach był możliwy dzięki zaawansowanej technice spektroskopii fotoelektronów z rozdzielczością kątową i spinową (Spin-ARPES) w BESSY II. Sánchez-Barriga stwierdził, że ta technika umożliwiła zespołowi dokładne pomiary efektu pochylenia spinowego i rozszczepienia spinowo-orbitalnego typu Rashba w materiale, a nawet analizę ich pochodzenia, które mogą być bardziej znaczące niż sam spin elektronowy.
Na świecie istnieje bardzo niewiele instytucji posiadających tak precyzyjny sprzęt pomiarowy. W związku z tym wyniki tych badań stanowią solidne podstawy dla zastosowania heterostruktur na bazie grafenu w następnej generacji urządzeń spintronicznych, pokazując ich ogromny potencjał. W przyszłości dalsze eksploracje różnych kombinacji warstw ferromagnetycznych lub ciężkich metali mogą doprowadzić do odkrycia kolejnych nowatorskich efektów kwantowych, przyspieszając praktyczne zastosowanie technologii spintronicznych.
Odniesienia do literatury
- Przełom w spintronice: Wprowadzenie warstwy kobaltu uwalnia potencjał kwantowy grafenu
- Spintronics Breakthrough: Unlocking the Quantum Potential of Graphene With Cobalt
- “Hybrydyzacja elektronów metali ciężkich za pomocą ferromagnetyków promuje strukturę spinu podobną do Rashby w grafenie”，autor：Beatriz Muñiz Cano、Adrián Gudín、Jaime Sánchez-Barriga、Oliver Clark、Alberto Anadón、Jose Manuel Díez、Pablo Ollerers-Rodrguez、Imando rançois Bertran、Donya Mazhjoo、Gustav Bihlmayer、Oliver Rader、Stefan Blügel、Rodolfo Miranda、Julio Camarero、Miguel Angel Valbuena 和 Paolo Perna，ACS Nano。 DOI: 10.1021/acsnano.4c02154
(Źródło pierwszego zdjęcia: Dall-E/arö/Helmholtz-Zentrum Berlin)
W zakresie szlifowania oferujemy indywidualne dostosowanie. Możemy modyfikować proporcje zgodnie z Twoimi potrzebami, aby osiągnąć najwyższą wydajność.
Zapraszamy do kontaktu, nasi specjaliści odpowiedzą na Twoje pytania.
Jeśli potrzebujesz wyceny, skontaktuj się z nami.
Godziny obsługi klienta: poniedziałek – piątek 09:00-18:00
Numer kontaktowy：07 223 1058
Jeśli masz jakieś pytania, zapraszamy do wysłania wiadomości prywatnej na Facebooku!
Nasza strona na FB：https://www.facebook.com/honwaygroup
Być może zainteresują cię inne artykuły…
[wpb-random-posts]
