Графен является предпочтительным среди 2D-материалов для передачи спиновой информации, но он не может генерировать спиновой ток, если его свойства не изменены - обычно кобальтовые ферромагнитные электроды используются для ввода и обнаружения спинового сигнала в графен.
Если графену можно придать магнитные свойства, он сам по себе может способствовать прохождению одного типа спина, нарушая баланс между населенностью электронов со спином вверх и вниз, создавая спин-поляризованный ток.
И это то, что Гронинген сделал в партнерстве с Колумбийским университетом.
Ключом к открытию является близость двухслойного графена к прослойке антиферромагнетика CrSBr.
«Мы обнаружили исключительно большую спиновую поляризацию проводимости 14% в магнитном графене, которая, как ожидается, будет эффективно настраиваться поперечным электрическим полем», - сказал исследователь из Гронингена Талие Гиаси.
Неизбежное тепловыделение на первый взгляд является преимуществом.
«Мы наблюдаем, что температурный градиент в магнитном графене из-за джоулева нагрева преобразуется в спиновый ток», - сказал Гиаси. «Это происходит за счет зависящего от спина эффекта Зеебека, который также впервые наблюдается в графене в наших экспериментах». - говорит Гиаси.
Спиновый транспорт в графене чувствителен к магнитному поведению самого внешнего слоя соседнего антиферромагнетика. «Это означает, что такие измерения спинового переноса позволяют считывать намагниченность отдельного атомного слоя», - заявили в университете. «Таким образом, устройства на основе магнитного графена не только решают наиболее технологически важные аспекты магнетизма в графене для двумерной памяти и сенсорных систем, но также обеспечивают более глубокое понимание физики магнетизма».
Работа описана в статье «Электрическая и тепловая генерация спиновых токов магнитным двухслойным графеном», опубликованной в Nature Nanotechnology.
Изображение: упрощенная схема, показывающая электрическую и тепловую генерацию спиновых токов в двухслойной гетероструктуре графен-CrSBr. Магнитные кобальтовые электроды используются для определения степени спиновой поляризации, индуцированной близостью в двухслойном графене, где намагничивание самого внешнего слоя CrSBr обеспечивает более высокую проводимость электронов со спином вверх (красные стрелки).