RUS ENG

НАМ 20 ЛЕТ!

ГРУППА AMT&C - ФИНАЛИСТ РЕЙТИНГА «ТЕХНОУСПЕХ»


 

 


Магнитный зигзаг графена и спинтроника



15.02.2008

Магнитный зигзаг графена и спинтроника «Magnetic correlations at graphene edges: Basis for novel spintronics devices», Physical Review Letters 100, 047209 (2008)
 

На рисунке: Спины электронов должны выстраиваться по краю-зигзагу графена (вверху). В реальности, на этот идеальный порядок влияет тепловое возбуждение, что накладывает ограничения на приборы спинтроники на основе графена. Ученые исследуют общие типы беспорядка (в центре и внизу), чтобы устранить эти ограничения.

Графен, модификация углерода, это наноматериал с простой атомной структурой и удивительно сложными, но довольно плохо исследованными свойствами. Он был получен несколько лет назад, и исследователи прочили ему блестящее будущее в ряде технологий (однослойные транзисторы, спиновый клапан, ленты-волноводы). В частности, графен считали одним из кандидатов на замену кремния в будущих электронных приборах.

Исследованием графена для нужд спинтроники занялись и физики-теоретики из Швейцарского Института Технологий в Лозанне (the Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne - EPFL). Вместе с голландскими коллегами (Radboud University of Nijmegen) они провели виртуальное испытание, и графен прошел проверку, но с некоторыми ограничениями.

Помимо заряда электрона, который используется в современной электронике, можно использовать и его спин, что, собственно, и делает спинтроника. Несколько видов таких приборов уже появились на рынке, например, память MRAM. Новые компьютеры, основанные на спинтронике, будут потреблять меньше энергии и работать быстрее.

Поскольку речь идет о спине, то для спинтроники требуются магнитные материалы. Почему же ученые выбрали графен – немагнитный материал?

Оказывается, если выделить один слой графена, например, с помощью литографических методов, которые широко используются в современных полупроводниковых технологиях, то, как говорит теория, спины в определенном порядке выстраиваются на зигзагообразном крае графена. Такой магнитный край графена можно рассматривать как основу для создания новых приборов спинтроники, считают ученые.

Однако между теоретическими предсказаниями и реальными прототипами таких приборов лежит огромная пропасть. Проблема в том, что такие спины на границе графена образуют одномерную систему. Как известно, такие системы очень чувствительны к тепловым возбуждениям, нарушающим идеальный порядок спинов. Проще говоря, одномерный магнит не может поддерживать определенный порядок магнитных моментов при температуре, отличной от абсолютного нуля. Таким поведением, зависящим от энтропии, не отличаются объемные материалы. У железа, например, сохраняется идеальный порядок у спинов электронов ниже определенной температуры – температуры Кюри. Это позволяет использовать такие материалы в качестве постоянных магнитов, без которых невозможно представить многие современные технологии. На границе же графена сохраняется только ближний порядок спинов, что накладывает определенные ограничения на реальные размеры будущих приборов спинтроники.

 Ученые из Швейцарии и Голландии провели первые компьютерные расчеты, чтобы определить вид магнитного порядка на краю графена. Оказалось, что выше критической температуры в 10 Кельвинов длина корреляции спинов ограничивает магнитный порядок дальнего действия до 1 нанометра при комнатной температуре (300 градусов Кельвина). Ниже критической температуры она растет экспоненциально с уменьшением температуры.

Полученный при комнатной температуре диапазон длины корреляции спина в 1 нанометр ограничивает размеры будущих приборов до нескольких нанометров. На первый взгляд, эти результаты разочаровывают. Тем не менее, графен работает лучше, чем другие материалы на одномерной шкале при комнатной температуре.

«Результатами мы довольны. Теперь можно продумать пути изменения спина на краю графена. Например, мы сейчас подбираем подходящую химическую модификацию края, и это только начало интересного направления исследований», - говорит Олег Язев из Швейцарского Института Технологий.

Источник


Возврат к списку новостей