I ricercatori dell'IMDEA Nanociencia e di altri centri europei hanno scoperto che la combinazione di grafene con cobalto offre proprietà rilevanti nel campo del magnetismo. Questa svolta pone le basi per lo sviluppo di nuovi dispositivi logici in grado di memorizzare grandi quantità di dati in modo rapido e con un consumo energetico ridotto.

Una delle ultime tecnologie per la codifica digitale delle informazioni è lo spin orbitronics, che sfrutta non solo la carica dell'elettrone (elettronica) e il suo spin (spintronica), ma anche l'interazione dello spin con il suo moto orbitale, offrendo una moltitudine di proprietà che sono rilevanti nel magnetismo.

Questa tecnologia viene applicata in alcuni materiali per generare configurazioni magnetiche molto stabili ma che possono essere controllate e spostate rapidamente con correnti elettriche molto ridotte. Le strutture risultanti sono considerate molto promettenti per i futuri dispositivi spin-orbitronici, in quanto forniscono un'elevata velocità di elaborazione e un'elevata capacità di archiviazione dei dati, a basso consumo energetico.

Ora, un team europeo guidato dall'IMDEA Nanociencia Institute ha sviluppato una metodologia per preparare un tale sistema. Consiste in un dispositivo costituito da film di grafene impilati (un singolo strato di grafite atomica) posti su cobalto ferromagnetico, disposti a loro volta su uno strato di platino con un certo orientamento cristallografico. I dettagli sono pubblicati in Nano lettere .

L'autore principale dello studio, Paolo Perna di IMDEA Nanociencia, spiega i vantaggi di questa configurazione:"Da un lato, le eccezionali proprietà del grafene consentono di ottenere un composto omogeneo, strato magnetico piatto e protetto, che è anche atomicamente perfetto. Però, ciò che conta di più sono le due proprietà magnetiche che si ottengono:un miglioramento dell'anisotropia magnetica del cobalto (le sue spine sono preferibilmente orientate in una certa direzione), e una forte interazione chiamata Dzyaloshinskii-Moriya, che permette la presenza di strutture magnetiche chirali, in quanto non si sovrappongono alla sua immagine speculare."

Skyrmions per trasportare informazioni binarie

Queste strutture magnetiche chirali di dimensioni nanometriche sono chiamate skyrmioni. Sono molto stabili e agiscono come portatori di informazioni binarie mentre viaggiano attraverso il grafene. "Passando attraverso due contatti elettrici, ogni skyrmion produce un cambiamento nella risposta elettrica che può essere decodificato in zero e uno, " spiega Perna.

"In questo modo, nel futuro prossimo, sarà possibile produrre dispositivi magnetici spin-orbitronici come memorie magnetiche o sensori molto più veloci e densi di quelli attuali, e con un consumo energetico molto inferiore, "dice il ricercatore.

Per rilevare le proprietà, gli autori hanno utilizzato tecniche combinate di spettroscopia e microscopia, compresi alcuni con luce al sincrotrone ALBA vicino a Barcellona. Ricercatori delle Università Complutense e Autonome di Madrid, insieme all'Istituto Néel di Grenoble (Francia), hanno anche partecipato allo studio.

Come base del dispositivo, gli autori hanno utilizzato substrati isolanti a base di ossido. Per ottenere grafene di alta qualità, i substrati metallici sono solitamente utilizzati nei laboratori, ma sono molto costosi per l'industria e, come conduttori, non permetterebbero l'isolamento elettrico del dispositivo con il chip.

"Abbiamo dimostrato che è possibile preparare strutture magnetiche di alta qualità a base di grafene e substrati isolanti di ossido, che possono essere implementati negli attuali processi di produzione, "Note di Perna.