I ricercatori di Graphene Flagship hanno mostrato in un articolo pubblicato su Progressi scientifici come le eterostrutture costruite con il grafene e gli isolanti topologici abbiano forti, accoppiamento spin-orbita indotto dalla prossimità che può costituire la base di nuove tecnologie di elaborazione delle informazioni.

L'accoppiamento spin-orbita è al centro della spintronica. L'accoppiamento spin-orbita del grafene e l'elevata mobilità degli elettroni lo rendono attraente per una lunga lunghezza di coerenza di spin a temperatura ambiente. Ricercatori Flagship Graphene della Chalmers University of Technology (Svezia), Istituto catalano di nanoscienze e nanotecnologie—ICN2 (Spagna), Universitat Autònoma de Barcelona (Spagna) e ICREA Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (Spagna) hanno mostrato una forte sintonizzabilità e soppressione del segnale di spin e della durata dello spin in eterostrutture formate da grafene e isolanti topologici. Questo può portare a nuove applicazioni spintroniche del grafene, che vanno da nuovi circuiti a nuove memorie non volatili e tecnologie di elaborazione delle informazioni.

"Il vantaggio di utilizzare eterostrutture costruite con due materiali Dirac è che, il grafene in prossimità di isolanti topologici supporta ancora il trasporto di spin, e contemporaneamente acquisisce un forte accoppiamento spin-orbita, ", ha affermato il professore associato Saroj Prasad Dash della Chalmers University of Technology.

"Non vogliamo solo trasportare lo spin, vogliamo manipolarlo, " ha affermato il professor Stephan Roche dell'ICN2 e vice leader del pacchetto di lavoro spintronico di Graphene Flagship, "l'uso di isolanti topologici è una nuova dimensione per la spintronica, hanno uno stato superficiale simile al grafene e possono combinarsi per creare nuovi stati ibridi e nuove caratteristiche di spin. Combinando il grafene in questo modo possiamo usare la densità sintonizzabile degli stati per accendere/spegnere, per condurre o non condurre lo spin. Questo apre un parco giochi attivo per i dispositivi di rotazione."

L'ammiraglia del grafene, fin dal suo inizio, ha visto il potenziale dei dispositivi spintronici realizzati con grafene e materiali correlati. Questo documento mostra come la combinazione di grafene con altri materiali per creare eterostrutture apra nuove possibilità e potenziali applicazioni.

"Questo documento combina esperimento e teoria e questa collaborazione è uno dei punti di forza dello Spintronics Work-Package all'interno del Graphene Flagship, " disse Rocco.

"Gli isolanti topologici appartengono a una classe di materiali che generano forti correnti di spin, di diretta rilevanza per applicazioni spintroniche come le memorie di coppia spin-orbita. Come riportato da questo articolo, l'ulteriore combinazione di isolanti topologici con materiali bidimensionali come il grafene è ideale per consentire la propagazione di informazioni di spin con potenza estremamente bassa su lunghe distanze, oltre che per sfruttare funzionalità complementari, chiave per progettare ulteriormente e fabbricare architetture spin-logic, " ha detto Kevin Garello di IMEC, Belgio, leader del pacchetto di lavoro Spintronics di Graphene Flagships.

Professor Andrea C. Ferrari, Responsabile scientifico e tecnologico dell'ammiraglia del grafene, e il presidente del suo comitato di gestione hanno aggiunto "Questo documento ci avvicina alla costruzione di utili dispositivi spintronici. La roadmap dell'innovazione e della tecnologia del Flagship del grafene riconosce il potenziale del grafene e dei materiali correlati in quest'area. Questo lavoro pone ancora una volta il Flagship in prima linea di questo campo, avviato con contributi pionieristici di ricercatori europei."