Graphen ist ein beliebtes 2D-Material für den Transport von Spininformationen, kann jedoch keinen Spinstrom erzeugen, wenn seine Eigenschaften nicht geändert werden. Herkömmlicherweise werden ferromagnetische Kobaltelektroden zum Injizieren und Erfassen des Spinsignals in Graphen verwendet.
Wenn Graphen magnetische Eigenschaften erhalten kann, könnte es allein den Durchgang einer Art von Spin begünstigen, das Gleichgewicht zwischen Spin-up- und Spin-down-Elektronenpopulation stören und einen spinpolarisierten Strom erzeugen.
Und genau das hat Groningen in Zusammenarbeit mit der Universität Kolumbien getan.
Der Schlüssel zur Entdeckung ist die Nähe von zweischichtigem Graphen zu einer CrSBr-Antiferromagnet-Zwischenschicht.
"Wir stellen eine außergewöhnlich große Spinpolarisation der Leitfähigkeit von 14% im magnetischen Graphen fest, von der auch erwartet wird, dass sie durch ein transversales elektrisches Feld effizient eingestellt werden kann", sagte Talieh Ghiasi, Forscher in Groningen.
Eine unvermeidbare Wärmeableitung ist ausnahmsweise ein Vorteil.
"Wir beobachten, dass der Temperaturgradient im magnetischen Graphen aufgrund der Joule-Erwärmung in Spinstrom umgewandelt wird", sagte Ghiasi. "Dies geschieht durch den spinabhängigen Seebeck-Effekt, der in unseren Experimenten erstmals auch in Graphen beobachtet wird." sagt Ghiasi.
Der Spintransport im Graphen ist empfindlich gegenüber dem magnetischen Verhalten der äußersten Schicht des benachbarten Antiferromagneten. "Dies impliziert, dass solche Spin-Transport-Messungen das Auslesen der Magnetisierung einer einzelnen Atomschicht ermöglichen", so die Universität. "Somit befassen sich die auf magnetischem Graphen basierenden Geräte nicht nur mit den technologisch relevantesten Aspekten des Magnetismus in Graphen für das 2D-Gedächtnis und sensorische Systeme, sondern bieten auch weitere Einblicke in die Physik des Magnetismus."
Die Arbeit befasst sich mit 'Elektrische und thermische Erzeugung von Spinströmen durch magnetisches Doppelschichtgraphen', veröffentlicht in Nature Nanotechnology.
Bild: Ein vereinfachtes Schema, das die elektrische und thermische Erzeugung von Spinströmen in einer zweischichtigen Graphen-CrSBr-Heterostruktur zeigt. Magnetische Kobaltelektroden werden verwendet, um den Grad der durch Nähe induzierten Spinpolarisation im Doppelschichtgraphen zu bestimmen, wobei die Magnetisierung der äußersten Schicht von CrSBr eine höhere Leitfähigkeit von Spin-up-Elektronen ermöglicht (rote Pfeile).