Ricercatori del gruppo di nanoscienze teoriche e computazionali ICN2, guidato da ICREA Prof. Stephan Roche, hanno pubblicato un altro articolo sullo spin, questa volta riportando simulazioni numeriche per il rilassamento di spin in eterostrutture grafene/TMDC. Pubblicato in Lettere di revisione fisica , i loro calcoli indicano un'anisotropia della durata dello spin che è ordini di grandezza più grande di qualsiasi cosa osservata nel grafene fino ad ora. Qui, l'autore principale Aron Cummings spiega l'origine di questo effetto.

Pubblicato in Lettere di revisione fisica questa settimana, I ricercatori di spintronica del gruppo di nanoscienze teoriche e computazionali ICN2 guidati dal prof. Stephan Roche di ICREA hanno raccolto informazioni potenzialmente rivoluzionarie sui meccanismi che regolano la dinamica di spin e il rilassamento nelle eterostrutture grafene/TMDC. I loro modelli non solo forniscono un'anisotropia della durata dello spin che è ordini di grandezza maggiore del rapporto 1:1 tipicamente osservato nei sistemi 2-D, ma indicano un regime qualitativamente nuovo di rilassamento della rotazione.

Il rilassamento di spin è il processo per cui gli spin in una corrente di spin perdono il loro orientamento, ritorno ad uno stato disordinato naturale. Ciò causa la perdita del segnale di rotazione, poiché gli spin sono utili solo per trasportare informazioni quando sono orientati in una certa direzione. Questo studio rivela che la velocità con cui gli spin si rilassano nei sistemi grafene/TMDC dipende fortemente dal fatto che puntino all'interno o all'esterno del piano del grafene, con spin fuori dal piano che durano decine o centinaia di volte più a lungo degli spin nel piano. Un rapporto così elevato non è stato precedentemente osservato nel grafene o in qualsiasi altro materiale 2-D.

Nella carta, giustamente intitolato "Giant Spin Lifetime Anisotropy in Graphene Induced by Proximity Effects", l'autore principale Aron Cummings riferisce che questo comportamento è mediato dal blocco della valle di spin indotto nel grafene dal TMDC, che lega la durata dello spin nel piano al tempo di scattering intervallato. Questo fa sì che la rotazione nel piano si rilassi molto più velocemente rispetto alla rotazione fuori piano. Per di più, le simulazioni numeriche suggeriscono che questo meccanismo dovrebbe entrare in gioco in qualsiasi substrato con forte bloccaggio spin-valle, compresi gli stessi TMDC.

Indurre efficacemente un effetto filtro di rotazione -la capacità di ordinare o modificare gli orientamenti di rotazione-, questi risultati danno motivo di credere che un giorno potrebbe essere possibile manipolare, e non solo trasporti, spin nel grafene.

La spintronica è una branca dell'elettronica che utilizza lo spin di particelle subatomiche come gli elettroni per immagazzinare e trasportare informazioni. Promette dispositivi più veloci, operano a una frazione del costo energetico e hanno memorie di gran lunga superiori. Però, stabilire una corrente di spin non è un processo semplice. Primo, perché lo spin nel suo stato naturale è disordinato; questo è, gli assi di rotazione puntano in un numero qualsiasi di direzioni. Devono prima essere polarizzati per regolare il loro orientamento. Quindi, anche una volta polarizzato, gli spin possono perdere facilmente questo orientamento in un processo noto come rilassamento di spin, che limita la durata e quindi l'utilità pratica delle correnti di spin.

Entra nel grafene, molto il materiale del momento e non senza una buona ragione:questo materiale 2-D vanta una serie di proprietà che lo rendono particolarmente adatto per mantenere l'orientamento di rotazione per lunghi periodi di vita. Però, il suo basso accoppiamento spin-orbita (SOC) lo rende inefficace per la manipolazione dello spin.

La soluzione adottata in spintronica è quella di creare eterostrutture stratificate, sfruttando le proprietà di trasporto di spin del grafene e di un secondo materiale ad alto SOC in un unico sistema. Questo funziona attraverso l'effetto di prossimità, per cui il grafene viene impresso con le proprietà del secondo materiale, ed è stato dimostrato sperimentalmente con isolanti magnetici 2-D e dicalcogenuri di metalli di transizione (TMDC).

In questo lavoro, i ricercatori hanno studiato il rilassamento dello spin in tali eterostrutture stratificate di grafene/TMDC nel tentativo di far luce sui meccanismi ancora inesplorati che governano il rilassamento dello spin in questi sistemi. L'anisotropia della vita di spin è il rapporto tra le vite di spin fuori piano e nel piano, ed è usato come misura di questi meccanismi. Quello che trovano è un meccanismo unico reso possibile dallo specifico effetto di prossimità dei TMDC sul grafene.