За да се направят транзистори, които работят, използвайки въртенето на електрони, а не заряда си, е необходимо да се намери начин за включване и изключване на спиновите токове. Освен това, животът на завъртанията трябва да бъде поне равен на времето, необходимо за преминаването на тези електрони през верига. Учените от Университета в Гронинген направиха важна крачка напред, като създадоха устройство, което отговаря на двете изисквания, на базата на двоен слой графен върху слой от волфрамов дисулфид. Резултатите от тях са публикувани на 16 октомври в списание Physical Review B.
Графен, двуизмерна форма на въглерод, е отличен проводник на завъртания на електрон. Въпреки това е трудно да се манипулира спиновите токове в този материал. Спинът е квантово механично свойство на електроните, което ги кара да се държат като малки магнити. Групата „Физика на Наноустройствата“ в Университета в Гронинген, ръководена от професор Барт ван Веес, работи по този проблем. По-рано те показаха, че е възможно да се контролират въртящите се токове, ако графенът се постави върху слой от волфрамов дисулфид (друг 2-D материал).
Нова техника
"Въпреки това, този подход намалява живота на завъртанията", обяснява Сиддхарта Омар, постдокт от групата на Van Wees. Волфрамът е метал и неговите атоми влияят на електроните, преминаващи през графена, разсейвайки спиновите токове. Това накара Омар да използва двоен слой графен върху волфрамовия дисулфид, въз основа на теорията, че електроните, преминаващи през горния слой, трябва да "чувстват" по-малко от влиянието на металните атоми.
Омар използва и друга нова техника, при която през графена преминават два различни вида спинов ток. Спинът е магнитен момент, който има зададена посока. При нормални материали завъртанията не са подравнени. Магнитният момент на въртящите се токове - като този на магнитите - има преференциално подравняване. В сравнение с материала, през който преминават електроните, техните завъртания могат да имат или ориентация в равнина, или ориентация извън равнината.
Енергийно ниво
"Установихме, че докато електроните преминават през външния графенов слой, вътрешността на завъртанията се разсейва много бързо - само за пикосекунди. Въпреки това, животът на извънплановите завъртания е около сто пъти по-дълъг." Това означава, че дори при наличието на волфрамов дисулфид, един компонент на въртящи се токове (завъртания с външна равнина) може да се движи достатъчно далеч, за да бъде използван в устройства като транзистори.
Енергийното ниво на спиновите течения, наблюдавани от Омар, ги накара да преминат през горния слой на графена. Това енергийно ниво може да бъде повишено чрез прилагане на електрическо поле, изтласкване на въртящите се токове в долния слой. „Долу завъртанията ще усетят пълния ефект на металните атоми и спиновите токове бързо ще се разсеят“, обяснява Омар. Тази способност за изключване на въртящия се ток с помощта на електрическо поле е важна, тъй като може да се използва за „порта“ транзистори, базирани на тази технология.
„За съжаление, определени технически ограничения на субстрата, върху който сме изградили тези устройства, ни пречат да създаваме електрически полета, които са достатъчно силни, за да произведат този ефект на стръскване“, казва Омар. "Ние обаче показахме, че е възможно да се изпращат спинови токове чрез хетероструктура, направена от графен и волфрамов дисулфид. Това е важна стъпка към създаването на спинов транзистор."
تعليقات
إرسال تعليق