Grafeen is een favoriet onder 2D-materialen voor het transporteren van spin-informatie, maar het kan geen spinstroom genereren tenzij de eigenschappen ervan worden gewijzigd - conventioneel kobalt-ferromagnetische elektroden worden gebruikt voor het injecteren en detecteren van het spinsignaal in grafeen.
Als grafeen magnetische eigenschappen kan krijgen, zou het op zichzelf de doorgang van één type spin kunnen bevorderen, waardoor de balans tussen spin-up en spin-down elektronenpopulatie kan worden omgeslagen, waardoor een spin-gepolariseerde stroom ontstaat.
En dat heeft Groningen gedaan in samenwerking met Colombia University.
De sleutel tot de ontdekking is de nabijheid van dubbellaaggrafeen tot een CrSBr-antiferromagneet tussenlaag.
"We detecteren een uitzonderlijk grote spin-polarisatie van geleidbaarheid van 14% in het magnetische grafeen dat naar verwachting ook efficiënt kan worden afgestemd door een transversaal elektrisch veld", zei Groninger onderzoeker Talieh Ghiasi.
Onvermijdelijke warmteafvoer is voor een keer een voordeel.
"We zien dat de temperatuurgradiënt in het magnetische grafeen als gevolg van de Joule-verwarming wordt omgezet in spinstroom", zei Ghiasi. "Dit gebeurt door het spin-afhankelijke Seebeck-effect dat ook voor het eerst in onze experimenten in grafeen wordt waargenomen." zegt Ghiasi.
Spintransport in het grafeen is gevoelig voor het magnetische gedrag van de buitenste laag van de naburige antiferromagneet. “Dit impliceert dat dergelijke spintransportmetingen het uitlezen van de magnetisatie van een enkele atoomlaag mogelijk maken”, aldus de universiteit. "De op magnetische grafeen gebaseerde apparaten pakken dus niet alleen de technologisch meest relevante aspecten van magnetisme in grafeen aan voor het 2D-geheugen en sensorische systemen, maar bieden ook meer inzicht in de fysica van magnetisme."
Het werk wordt behandeld in 'Elektrische en thermische generatie van spinstromen door magnetische dubbellaagse grafeen', gepubliceerd in Nature Nanotechnology.
Afbeelding: een vereenvoudigd schema dat de elektrische en thermische opwekking van spinstromen in een dubbellaagse grafeen-CrSBr-heterostructuur toont. Magnetische kobaltelektroden worden gebruikt om de mate van nabijheidsgeïnduceerde spinpolarisatie in het dubbellaagse grafeen te bepalen, waarbij de magnetisatie van de buitenste laag van CrSBr een hogere geleiding van spin-upelektronen mogelijk maakt (rode pijlen).