Gli scienziati del Naval Research Laboratory (NRL) degli Stati Uniti hanno riportato la prima osservazione della precessione di spin delle correnti di spin che fluiscono in un canale di trasporto di nanofili di silicio (NW), e determinato la durata dello spin e le corrispondenti lunghezze di diffusione dello spin in questi dispositivi spintronici su nanoscala. Le correnti di spin sono state iniettate elettricamente e rilevate utilizzando contatti metallici ferromagnetici con una barriera a tunnel costituita da grafene a strato singolo tra il metallo e il silicio NW.

Il team di ricerca dell'NRL ha osservato la precessione di spin (l'effetto Hanle) sia per la carica polarizzata con spin vicino all'interfaccia di contatto sia per le correnti di spin puro che fluiscono nel canale NW. Quest'ultimo mostra inequivocabilmente che gli spin sono stati iniettati e trasportati nel Si NW. L'uso del grafene come barriera del tunnel fornisce un contatto del prodotto con un'area a bassa resistenza e caratteristiche di commutazione magnetica pulita, perché collega dolcemente il NW e riduce al minimo i domini magnetici complicati che altrimenti compromettono il comportamento magnetico. La scoperta del team è un passo essenziale verso la realizzazione di dispositivi spintronici a semiconduttore ad alta scala. I risultati della ricerca sono riportati nel numero del 19 giugno 2015 di Comunicazioni sulla natura .

I nanofili a semiconduttore forniscono una strada per ridurre ulteriormente le dimensioni sempre più ridotte dei transistor. Includere lo spin dell'elettrone come variabile di stato aggiuntiva offre nuove prospettive per l'elaborazione delle informazioni, consentendo il futuro non volatile, dispositivi riprogrammabili oltre l'attuale roadmap della tecnologia dei semiconduttori. Il silicio è un ospite ideale per una tale tecnologia basata sugli spin perché le sue proprietà intrinseche promuovono il trasporto di spin, spiega il ricercatore principale, il dottor Olaf van't Erve.

La realizzazione di dispositivi Si NW basati su spin richiede un'efficiente iniezione e rilevamento di spin elettrici, che dipendono in modo critico dalla resistenza di interfaccia tra un contatto metallico ferromagnetico e NW. Ciò è particolarmente problematico con i NW semiconduttori a causa dell'area di contatto estremamente piccola, che può essere dell'ordine di 100 nm2. I ricercatori hanno dimostrato che le barriere standard del tunnel di ossido forniscono una buona iniezione di spin nelle strutture planari di Si, ma tali contatti cresciuti su NW sono spesso troppo resistivi per produrre risultati affidabili e coerenti. Il team dell'NRL ha sviluppato e utilizzato un contatto barriera a tunnel di grafene che produce un'eccellente iniezione di spin e soddisfa anche diversi criteri tecnici chiave:fornisce un prodotto a bassa resistenza, uno strato di tunnel altamente uniforme con uno spessore ben controllato, caratteristiche di commutazione magnetiche pulite per i contatti magnetici, e compatibilità sia con il metallo ferromagnetico che con il silicio NW.

L'utilizzo di strati 2D intrinseci come il grafene o il nitruro di boro esagonale come contatti tunnel sui nanofili offre molti vantaggi rispetto ai materiali convenzionali depositati mediante deposizione di vapore (come Al2O3 o MgO), consentendo un percorso verso dispositivi elettronici e spintronici altamente scalabili. L'uso di grafene multistrato piuttosto che a strato singolo in tali strutture può fornire valori molto più elevati della polarizzazione dello spin del tunnel a causa degli effetti di filtraggio dello spin derivati ​​dalla struttura a bande previsti per selezionate strutture di metallo ferromagnetico / grafene multistrato. Questo aumento migliorerebbe ulteriormente le prestazioni dei dispositivi spintronici a nanofili fornendo rapporti segnale/rumore più elevati e velocità operative corrispondenti, avanzare le applicazioni tecnologiche dei dispositivi a nanofili.