EO

Een 2D geheugen van magnetisch grafeen

10 mei 2021 om 14:26 uur

Versimpeld schema van de schakeling die in het onderzoek is gebruikt. Dit toont productie van spinstrome door elektronen stroom en warmte in een dubbellaag van grafeen en CrSBr. De magnetische cobalt (Co) elektroden meten hoe sterk de spinpolarisatie is n de bovenste laag grafeen, waar de magnetisatie van de buitenste laag CrSBr (Mcsb) zorgt voor een betere geleiding van spin-op elektronen (rode pijlen). Illustratie Talieh Ghiasi, RUG.

Het is mogelijk om ultra-compacte 2D spin-logische schakelingen te maken van 2D materialen die spin over lange afstanden kan transporteren en bovendien een elektrische stroom in een spin-stroom omzetten. Experimenten van natuurkundigen van de RUG en Columbia University (VS) suggereren dat 'magnetisch' grafeen hiervoor geschikt is.


De ontdekking is gepubliceerd in Nature Nanotechnology.

 

Aangezien geheugentechnologie steeds kleiner wordt, zijn er ook kleinere spintronische schakelingen nodig. Daarom zoeken wetenschappers naar materiaal met atomaire dikte waarin een sterk spinsignaal kan worden geproduceerd dat de informatie over een afstand van enkele micrometers kan transporteren.


Grafeen is tot nu toe het beste 2D materiaal voor transport van spins. Maar het is niet mogelijk om in grafeen een spinstroom te laten ontstaan zonder de eigenschappen aan te passen. Een manier waarop dat wel kan, is wanneer grafeen zich gedraagt alsof het magnetisch is. Magnetisme laat één van beide spins met voorkeur door, zodat er een verschil ontstaat in aantallen elektronen met spinwaarde op en neer. In 'magnetisch' grafeen zorgt dat voor een sterk gepolariseerde spinstroom.

 

Dit concept is nu in een experiment aangetoond door wetenschappers van RUG-hoogleraar Bart van Wees. Wanneer zij grafeen plaatsten op ene 2D gelaagde antiferromagneet (CrSBr) maten zij een grote spinpolarisatie van de stroom, die werd veroorzaakt door het magnetische grafeen.

 

In gewone spintronische schakelingen van grafeen worden ferromagnetische electroden (veelal van kobalt) gebruikt om spins te injecteren en te detecteren. Maar in schakelingen van magnetisch grafeen is dat niet nodig: het grafeen is te gebruiken om een spinstroom te produceren, transporteren en detecteren, zegt eerste auteur Talieh Ghiasi. "We maten een bijzonder grote spin-polarisatie van 14 procent in het grafeen, die naar we verwachten ook is te beïnvloeden met een elektrisch veld." Samen met de uitstekende transporteigenschappen voor spins maakt dit een geheel van grafeen gemaakt 2D logisch circuit mogelijk.


De experimenten lieten ook zien dat de warmteproductie die onvermijdelijk is in elk elektronisch circuit een nuttige kant heeft in spintronica. ‘We zagen dat de temperatuurgradiënt in het magnetische grafeen wordt omgezet in een spinstroom. Dit gebeurt door het zogeheten spin-afhankelijke Seebeck effect dat wij nu als eersten hebben gezien in grafeen tijdens dit experiment', zegt Ghiasi. De efficiënte manier waarop magnetisch grafeen spinstromen maakt uit een elektrische stroom en uit warmte belooft de 2D spintronica en spin-calorimetrie een flinke stap vooruit te brengen.

 

En er is nog een bonus: spintransport in grafeen is zeer gevoelig voor het magnetische gedrag in de buitenste laag van de antiferromagneet waar het op ligt. Daaruit volgt dat metingen van spintransport zijn te gebruiken om de bovenste magnetische laag van de (gelaagde) antiferromagneet te uit te lezen. Op die manier zijn schakelingen van magnetisch grafeen niet alleen nuttig om technologische aspecten van systemen voor 2D geheugens en sensoren te onderzoeken, maar kunnen ze ook inzicht verschaffen in de fysica van magnetisme.

 

Andere implicaties van deze resultaten zullen verder worden onderzocht binnen de context van het EU Graphene Flagship project, dat zich richt op nieuwe toepassingen van grafeen in 2D materialen.

 

Gerelateerd nieuws

Van inbraakalarm tot zwarte gaten detector

Van inbraakalarm tot zwarte gaten detector

Is zwaartekracht een kwantumfenomeen? Dat is een van de grote open vragen in de natuurkunde. Vorig jaar is aan de RUG een experiment bedacht dat deze vraag kan beantwoorden. Dit jaar laten de onderzoekers zien dat…

Oplaadbare batterijen op basis van cement

Nieuw concept maakt compleet gebouw tot batterij

Stel je een volledig betonnen gebouw van twintig verdiepingen voor dat energie kan opslaan als een gigantische batterij. Dankzij onderzoek van de Chalmers University of Technology, Zweden, kan dit werkelijkheid worden.…

Nucleaire reacties smeulen weer in Tsjernobyl

Nucleaire reacties smeulen weer in Tsjernobyl

Vijfendertig jaar nadat de kerncentrale van Tsjernobyl in Oekraïne explodeerde bij het ergste nucleaire ongeval ter wereld, smeulen de splijtingsreacties opnieuw in de uraniumbrandstofmassa's die diep in een…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

7 juni 2021, online

Vision, Robotics & Motion business event

Het online alternatief voor de vakbeurs Vision, Robotics & Motion.

15 juni 2021

Webinar: Hoe data inzichtelijk te maken en te gebruiken via Cloud-toepassingen

Gericht op het inzichtelijk en bruikbaar maken van machine- en procedata

17 juni 2021

Schneider Electric Webinar: Cloud-oplossingen voor industriële processen

Gericht op op het hoe en waarom van Cloud-oplossingen

Meer agendapunten »