L'osservazione della non linearità nei processi correlati allo spin degli elettroni nel grafene rende più facile il trasporto, manipolare e rilevare gli spin, così come la conversione da spin a carica. Consente inoltre operazioni analogiche come la modulazione di ampiezza e l'amplificazione di spin. Questo porta la spintronica al punto in cui si trovava l'elettronica normale dopo l'introduzione dei primi transistor. Questi risultati dei fisici dell'Università di Groningen sono stati pubblicati sulla rivista Revisione fisica applicata il 17 dicembre.

La spintronica è un tipo di elettronica che utilizza lo spin degli elettroni (un momento magnetico che può avere i valori "su" o "giù") per trasportare i segnali. Il trasporto di spin nel grafene, materiale in carbonio 2-D, è eccellente; però, la manipolazione degli spin non lo è. Ciò richiede l'aggiunta di ferromagneti (per l'iniezione e il rilevamento di spin) o materiali con atomi pesanti con un elevato accoppiamento spin-orbita, che consentono la manipolazione degli spin.

non lineare

Gli scienziati dell'Università di Groningen hanno ora dimostrato che è possibile ottenere effetti non lineari specifici per lo spin degli elettroni utilizzando il nitruro di boro 2-D. In precedenza, avevano già dimostrato che iniettando una corrente attraverso un doppio strato di nitruro di boro, a cui è stata applicata una piccola corrente di polarizzazione CC, ha provocato una polarizzazione di spin molto alta, il che significa che c'è una grande differenza tra il numero di elettroni spin-up e spin-down. Hanno ora dimostrato che l'aumento della polarizzazione può essere attribuito a processi non lineari che influenzano gli spin degli elettroni.

La non linearità significa che due segnali di spin si moltiplicano, piuttosto che sommare (che sarebbe un effetto lineare). Per di più, nel regime non lineare, i segnali di spin possono essere misurati senza l'uso di ferromagneti. Prima, tutti questi effetti erano assenti o molto deboli in un tipico dispositivo spintronico di grafene. 'Tutto a causa di questo effetto non lineare, che aumenta proporzionalmente alla corrente di polarizzazione, ' dice Siddhartha Omar, un ex ricercatore post-dottorato presso l'Università di Groningen e primo autore dell'articolo. 'La polarizzazione può raggiungere anche il 100%. Essendo non lineare, dai di meno e ottieni di più durante l'iniezione quando viene applicata questa corrente.'

neuromorfico

Nello studio, Omar e i suoi colleghi del gruppo Physics of Nanodevices presso lo Zernike Institute for Advanced Materials, Università di Groninga, mostrare applicazioni dell'effetto non lineare per operazioni analogiche di base, come elementi essenziali di modulazione di ampiezza su segnali di spin puri. 'Crediamo che questo possa essere usato per trasportare lo spin su distanze maggiori. Il segnale di spin più grande rende anche più facile la conversione della carica di spin e ciò significa che non abbiamo più bisogno di ferromagneti per rilevarli.'

La capacità di modulare un segnale di spin, invece di accenderlo o spegnerlo, rende anche più facile costruire dispositivi spintronici. Omar:"Potrebbero essere usati nel calcolo neuromorfo basato sullo spin, che utilizza interruttori che possono avere un intervallo di valori, anziché solo 0 o 1.' Sembra anche possibile creare un amplificatore di corrente di spin, che produce una grande corrente di spin con una piccola tensione di polarizzazione. 'Potrebbe essere già lì, ma dobbiamo ancora dimostrarlo, "dice Omar.

Spintronica

Tutti questi effetti sono stati misurati sia a basse temperature che a temperatura ambiente e potrebbero essere utilizzati in applicazioni come elementi di circuiti non lineari nei campi della spintronica avanzata. 'Spintronics è ora al punto in cui si trovava l'elettronica normale dopo l'introduzione dei primi transistor. Ora potremmo costruire veri dispositivi spintronici, ' conclude Omar.