I ricercatori della Chalmers University of Technology mostrano che l'applicazione di un campo magnetico moderato nel piano aumenta la durata dello spin degli elettroni nel grafene. I risultati di questo lavoro hanno profonde implicazioni per l'uso del grafene come piattaforma post-CMOS nella spintronica, e dare un importante contributo alla comprensione della fisica dei materiali 2D. I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla prestigiosa rivista Lettere di revisione fisica .
"Con questo lavoro abbiamo contribuito ad aggiungere un pezzo al puzzle del perché il grafene in pratica non è così buono per la spintronica predice una teoria. Dobbiamo continuare a trovare altri pezzi di questo interessante puzzle", afferma Sergey Kubatkin, professore di fisica dei dispositivi quantistici, a Chalmers.
Il grafene è uno dei candidati promettenti nella piattaforma post CMOS per la spintronica, l'uso dello spin elettronico per l'elaborazione delle informazioni. Un requisito pratico per la spintronica è trovare materiali in cui lo spin dell'elettrone possa viaggiare per lunghe distanze senza disturbi, questo è, materiali con una lunga durata di rotazione. In teoria, il grafene è un materiale ideale per questo grazie alla sua elevata mobilità dei portatori e alla capacità di mantenere intatto lo spin dell'elettrone per millisecondi. Però, nel grafene reale la durata dello spin è dell'ordine dei nanosecondi, questo è, una discrepanza tra teoria ed esperimento di circa 6 ordini di grandezza.
Cosa limita la durata dello spin nei dispositivi reali di grafene? Questa è la domanda affrontata dallo studio e attualmente uno dei principali enigmi della fisica del grafene. In una precedente pubblicazione sulla stessa rivista, pubblicato nell'ottobre 2011 (vedi link sotto), il gruppo ha avanzato l'idea che la durata dello spin nel grafene possa essere limitata dalla dispersione sui difetti del grafene, che si comportano come impurità magnetiche. Ora il team ha dimostrato questa idea direttamente applicando un moderato campo magnetico nel piano e ha osservato un aumento della durata dello spin degli elettroni:il campo magnetico nel piano congela i difetti magnetici, e i disturbi allo spin degli elettroni nel grafene vengono soppressi.
Per studiare questi effetti, i ricercatori hanno misurato il rilassamento dello spin degli elettroni tramite correzioni di interferenza quantistica alla conduttività elettrica del grafene a basse temperature. Questa correzione quantistica viene distrutta da deboli campi magnetici perpendicolari e dall'effetto randomizzante della temperatura, tuttavia si è visto sperimentalmente rimanere finito anche alle temperature più basse. inaspettatamente, l'influenza del campo nel piano sulla vita di spin non era monotona:un campo nel piano molto debole ha provocato una piccola ma notevole diminuzione della vita di spin prima che fosse potenziata in un campo un po' più forte. Il comportamento nel campo debole è stato compreso in termini di un contributo della dinamica di spin precedentemente sconosciuto al magnetotrasporto:il campo nel piano forza la precessione sia dello spin dell'elettrone che dello spin del difetto magnetico. Se i due ruotano alla stessa velocità e nella stessa direzione, la precessione non ha alcun effetto sulla durata dello spin dell'elettrone. Però, se gli elettroni "vedono" lo spin delle impurità che diffondono in fase casuale, la vita di spin dell'elettrone diminuisce.
