Mančesterio universiteto (Jungtinė Karalystė) mokslininkai aptiko būdą, leidžiantį suteikti grafenui magnetinių savybių. Tai atveria naujas galimybes šiai medžiagai įsitvirtinti spintronikos technologijų priešakyje.
Tyrėjų komandai, kuriai vadovavo profesorius Andrejus Geimas (Andre Geim) – 2010 metų fizikos Nobelio premijos laureatas, pavyko parodyti, jog elektros srovė – elektronų tekėjimas – gali įmagnetinti grafeną.
Gauti rezultatai, publikuoti prestižiniame „Science“ žurnale, gali reikšti didelį postūmį tobulinant spintronikos technologijas.
Spintronika yra sparčiai besivystanti elektronikos rūšis, kurioje be įprastinio krūvio išnaudojama ir vidinė magnetinė elektrono savybė, vadinama sukiniu.
Šiuo metu jau yra gaminama daugybė įvairių spintronikos įrenginių, pavyzdžiui, jutiklių arba atmintinių. Kiekviename standžiajame diske yra įmontuotas magnetinis jutiklis, kurio veikimo pagrindas – sukinių tekėjimas. Magnetinės laisvosios kreipties atmintinės (MRAM) taip pat įgauna nemažą pagreitį.
Visi šie išradimai yra pasiekti dėl didžiulių tarptautinių tyrimų, atliekamų bendradarbiaujant JAV, Rusijos, Japonijos ir Nyderlandų mokslininkams.
Pagrindinė siekiamybė spintronikoje yra susieti elektronų sukinį su elektros srove, nes srovę galima nesunkiai valdyti mikroelektronikoje ištobulintais metodais.
Tikimasi, jog ateityje spintronikos įrenginiuose ir tranzistoriuose sąsaja tarp srovės ir sukinių bus tiesioginė, todėl sukiniams įterpti nebereikės naudoti magnetinių medžiagų (kaip kad daroma dabar).
Kol kas šį tikslą pavyko įgyvendinti tiktai naudojant medžiagas, pasižyminčiomis vadinamąja sukinio ir orbitos sąveika, kurios metu silpni branduolių kuriami magnetiniai laukai paveikia elektronų judėjimą kristale. Iš esmės šis efektas yra nestiprus, todėl išnaudoti jį yra ganėtinai sudėtinga.
Tyrėjai surado naują būdą susieti sukinį su krūviu, grafeną paveikiant santykinai nestipriu magnetiniu lauku. Tai priverčia sukinius tekėti kryptimi, statmena elektros srovei, todėl grafeno lakštas tampa įmagnetintas.
Nors šis reiškinys yra labai panašus į sukinio ir orbitos sąveiką, jis yra stipresnis ir jį galima valdyti keičiant išorinį magnetinį lauką.
Mančesterio universiteto tyrėjai taip pat atskleidė, kad grafenas, patalpintas ant boro nitrido, yra ideali medžiaga spintronikai, nes sukeltojo magnetizmo poveikis praktiškai be jokio susilpnėjimo jaučiamas makroskopiniais atstumais.
Mokslininkų komanda yra įsitikinusi, jog šis atradimas suteikia daugybę galimybių perkurti spintronikos įrenginius ir sugalvoti kažką naujo, pavyzdžiui, sukinių pagrindo tranzistorius.
„Šventuoju spintronikos graliu yra laikoma galimybė elektrinius reiškinius paversti magnetiniais ir atvirkščiai, – teigia profesorius. – Dėl unikalių grafeno savybiųspintronika, sukinių pagrindo mes galime pasiūlyti naują mechanizmą. Aš manau, kad dėl šio atradimo spintronika gali smarkiai išsiplėsti“.
„Grafenas atveria duris daugeliui naujų technologijų, – kolegos darbus komentuoja fizikos profesorius Antonijus Kastro Neto (Antonio Castro Neto). – Nieko stebėtino, kad 2010 metų fizikos Nobelio premija buvo skirta Konstantinui Novosiolovui (Konstantin Novoselov) ir Andrejui Geimui (Andre Geim) už jų mokslo pasaulį sudrebinusius eksperimentus su šia medžiaga. Akivaizdžiai dar nepasitenkinęs savo pasiektais darbo vaisiais, A. Geimas su bendradarbiais atskleidė kitą visiškai netikėtą reiškinį, susietą su kvantinės mechanikos pasireiškimu aplinkos sąlygomis. Šis atradimas atverčia naują puslapį trumpoje, bet turiningoje grafeno istorijoje“.
