Il grafene è uno dei preferiti tra i materiali 2D per il trasporto di informazioni di spin, ma non può generare corrente di spin a meno che le sue proprietà non vengano modificate: convenzionalmente vengono utilizzati elettrodi ferromagnetici al cobalto per iniettare e rilevare il segnale di spin nel grafene.
Se al grafene possono essere assegnate proprietà magnetiche, da solo potrebbe favorire il passaggio di un tipo di spin, ribaltando l'equilibrio tra popolazione elettronica di spin-up e spin-down, creando una corrente polarizzata di spin.
Ed è quello che ha fatto Groningen in collaborazione con la Colombia University.
La chiave della scoperta è la vicinanza del grafene a doppio strato a uno strato intermedio antiferromagnet CrSBr.
"Rileviamo una polarizzazione di spin eccezionalmente ampia della conduttività del 14% nel grafene magnetico che dovrebbe anche essere sintonizzabile in modo efficiente da un campo elettrico trasversale", ha detto il ricercatore di Groningen Talieh Ghiasi.
L'inevitabile dissipazione del calore è per una volta un vantaggio.
"Osserviamo che il gradiente di temperatura nel grafene magnetico dovuto al riscaldamento Joule viene convertito in corrente di spin", ha detto Ghiasi. "Ciò accade per l'effetto Seebeck dipendente dallo spin che si osserva anche nel grafene per la prima volta nei nostri esperimenti". dice Ghiasi.
Il trasporto di spin nel grafene è sensibile al comportamento magnetico dello strato più esterno dell'antiferromagnete adiacente. "Ciò implica che tali misurazioni del trasporto di spin consentono la lettura della magnetizzazione di un singolo strato atomico", secondo l'università. "Pertanto, i dispositivi basati sul grafene magnetico non solo affrontano gli aspetti tecnologicamente più rilevanti del magnetismo nel grafene per la memoria 2D e i sistemi sensoriali, ma forniscono anche ulteriori informazioni sulla fisica del magnetismo".
Il lavoro è trattato in "Generazione elettrica e termica di correnti di spin mediante grafene a doppio strato magnetico", pubblicato su Nature Nanotechnology.
Immagine: uno schema semplificato che mostra la generazione elettrica e termica di correnti di spin in un'eterostruttura a doppio strato grafene-CrSBr. Gli elettrodi magnetici di cobalto vengono utilizzati per determinare il grado di polarizzazione dello spin indotto dalla prossimità nel grafene a doppio strato, dove la magnetizzazione dello strato più esterno di CrSBr consente una maggiore conduttività degli elettroni di spin-up (frecce rosse).