Слои кобальта усиливают спинтронный потенциал графеновых гетероструктур

Спинтроника позволяет электронным устройствам работать быстрее и потреблять меньше энергии за счет управления спином электронов, однако все еще существуют проблемы в создании и управлении спиновыми текстурами материалов. Недавно испано-немецкая исследовательская группа обнаружила, что при сочетании графена с тяжелыми металлами, такими как кобальт и иридий, он демонстрирует улучшенные квантовые эффекты, такие как улучшенная спин-орбитальная связь и наклон спина, что чрезвычайно полезно для развития спиновой электроники.

Графен и спиновая электроника

Спинтроника использует спиновые свойства электронов для выполнения логических операций и хранения данных, а ее устройства потенциально могут превзойти традиционные полупроводники как по скорости, так и по энергопотреблению. Однако создание и обработка спиновых текстур в материалах по-прежнему сталкивается со значительными трудностями. Графен, двумерная сотовая структура, состоящая из атомов углерода, считается потенциальным кандидатом на применение в спинтронике. При нанесении графена на пленку тяжелого металла на ее границе раздела возникает сильная спин-орбитальная связь, что приводит к различным квантовым эффектам, включая эффект Рашбы (спин-орбитальное расщепление уровней энергии) и взаимодействие Дзялошинского-Мория (наклон спиновой структуры). В частности, эффект наклона спина может быть использован для стабилизации вихреобразных спиновых текстур (скирмионов), которые считаются ключевым элементом будущей спиновой электроники.

※Дополнительные знания: Спин — это свойство электронов, которое может генерировать магнетизм и влиять на применение электронных компонентов. В отличие от традиционных электронных компонентов, управление вращением дает больше возможностей. Когда магнитные и немагнитные материалы вступают в контакт, они влияют друг на друга и создают «эффект магнитной близости» — свойство, которое широко используется в магнитной памяти.

Укрепляющий эффект кобальтового слоя

Группа исследователей из Испании и Германии недавно обнаружила, что эти квантовые эффекты значительно усиливаются, если между графеном и тяжелым металлом, например иридием, поместить один слой ферромагнитного элемента кобальта. Исследовательская группа вырастила образцы на изолирующих подложках, чтобы гарантировать возможность эффективного применения этих эффектов в универсальных спинтронных устройствах.

Спектроскопический анализ, проведенный на установке BESSY II в Центре Гельмгольца в Берлине (HZB) в Германии, показал, что графен взаимодействует не только со слоем кобальта, но и косвенно через кобальт со слоем иридия. Это означает, что взаимодействие между графеном и тяжелыми металлами осуществляется через ферромагнитный слой кобальта, который, в свою очередь, усиливает эффекты расщепления энергетических уровней и наклона спина.

Прорывные эксперименты и теоретическая проверка

Физик из HZB доктор Хайме Санчес-Баррига отметил, что на эффект наклона спина можно влиять, регулируя количество монослоев кобальта, причем наилучший эффект достигается при трех монослоях кобальта. Этот результат не только подтверждается экспериментальными данными, но и подтверждается расчетами теории функционала плотности (DFT). Основным выводом этого исследования является взаимное влияние и усиление двух квантовых эффектов, что является новым и неожиданным.

Прорыв в этом исследовании стал возможен благодаря передовой технологии фотоэлектронной спектроскопии с разрешением по углу спина (Spin-ARPES) BESSY II. Санчес-Баррига сказал, что этот метод позволил команде точно измерить эффект наклона спина материала и спин-орбитальное расщепление типа Рашбы, а также разрешить его происхождение, которое может быть более значимым, чем сам спин электрона.

Лишь немногие учреждения в мире располагают измерительным оборудованием с такой высокой чувствительностью. Таким образом, результат данного исследования закладывает прочную основу для применения гетероструктур на основе графена в спинтронных устройствах следующего поколения и демонстрирует их большой потенциал. В будущем дальнейшее исследование комбинаций различных ферромагнитных слоев или тяжелых металлов может привести к открытию более новых квантовых эффектов и ускорить практическое развитие технологии спиновой электроники.

Список литературы

• Прорыв в спинтронике: вставка слоя кобальта раскрывает квантовый потенциал графена
• Spintronics Breakthrough: Unlocking the Quantum Potential of Graphene With Cobalt
• «Опосредованная ферромагнетиком электронная гибридизация тяжелых металлов способствует образованию спиновых текстур, подобных Рашбе, в графене», Беатрис Муньис Кано, Адриан Гудин, Хайме Санчес-Баррига, Оливер Кларк, Альберто Анадон, Хосе Мануэль Диес, Пабло Оллерерс-Родргес, Имандо Рансуа Бертран, Донья Мажжу, Густав Бильмайер, Оливер Рейдер, Стефан Блюгель, Родольфо Миранда, Хулио Камареро, Мигель Анхель Вальбуэна и Паоло Перна, 7 июня 2024 г., ACS Nano. DOI: 10.1021/acsnano.4c02154

(Источник первого изображения: Dall-E/arö/Helmholtz-Zentrum Berlin)

Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.

Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.

Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.

Тел: 07 223 1058

Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~

Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup

Вас также может заинтересовать…