Immagine di una striscia di grafene lunga 125 µm con contatti in cobalto. Credito:ICN2
I ricercatori dell'ICN2 Physics and Engineering of Nanodevices Group hanno proposto una tecnica di fabbricazione di nanodispositivi a base di grafene modificata che aumenta fino a tre volte la durata dello spin e la lunghezza del rilassamento rispetto al lavoro precedente dello stesso tipo. Il lavoro è stato frutto della collaborazione con Imec e K.U. Lovanio (Belgio). I risultati sono stati pubblicati in Materiali 2-D e dovrebbero potenziare le indagini su applicazioni spintroniche su larga scala.
La spintronica amplifica le potenzialità dell'elettronica tradizionale sfruttando il grado di libertà di spin dell'elettrone, oltre al consueto stato di carica. Alla fine, l'obiettivo è ottenere dispositivi per archiviare, elaborare e leggere le informazioni, ma con caratteristiche migliorate come minor consumo energetico, minore dissipazione del calore, maggiore velocità, ecc. Sebbene la spintronica non si sia ancora diffusa, alcuni dispositivi attuali si basano su questo nuovo approccio, come dischi rigidi magnetici, memorie magnetiche ad accesso casuale e sensori magnetici con svariate applicazioni in ambienti industriali, robotica e industria automobilistica.
Il grafene è un materiale promettente in questo campo. Gli spin possono fluire in modo efficiente su lunghe distanze, il che significa che non cambiano il loro stato per un tempo relativamente lungo. Grazie alla sua produzione su larga scala, Il grafene CVD sta diventando popolare per i dispositivi spintronici. Però, le impurità derivanti dalla crescita del grafene e dal processo di fabbricazione del dispositivo ne limitano le prestazioni.
Un team di scienziati dell'ICN2 Physics and Engineering of Nanodevices Group, guidato da ICREA Prof. Sergio O. Valenzuela, ha proposto un processo di fabbricazione di dispositivi ad alto rendimento da grafene CVD che ha migliorato sostanzialmente i suoi parametri di spin. Il lavoro, il cui primo autore è Zewdu M. Gebeyehu, è stato frutto di una collaborazione con Imec e K.U. Lovanio (Belgio). I risultati sono stati pubblicati in Materiali 2-D .
Dimostrano un segnale di spin misurato su un canale lungo 30 µm con tempi di vita di spin a temperatura ambiente fino a tre nanosecondi e lunghezze di rilassamento dello spin fino a 9 µm in grafene monostrato su SiO 2 /Si substrati. Questi parametri di spin sono i valori più alti per qualsiasi forma di grafene (sia esfoliato che CVD) su un SiO standard 2 /Si substrato.
Per ottenere queste prestazioni di rotazione migliorate, i ricercatori hanno utilizzato il grafene CVD cresciuto su un foglio di platino e hanno modificato la tecnica di fabbricazione del dispositivo per ridurre i livelli di impurità associati alle fasi di crescita e fabbricazione del grafene. Quest'ultimo richiede l'ottimizzazione di diversi processi standard, che comportano la preselezione di grafene uniforme di alta qualità con basso livello di impurità, una fase di incisione che combina litografia a fascio elettronico e plasma di ossigeno e un'opportuna post-ricottura in alto vuoto. L'approccio può essere scalato e consente una fabbricazione altamente riproducibile di dispositivi, che è il requisito principale per la potenziale industrializzazione.
Il miglioramento dei parametri di spin insieme alla riproducibilità del processo di fabbricazione del dispositivo ci avvicina alla realizzazione di architetture circuitali complesse per dispositivi spintronici come la logica di spin e la logica in memoria per l'elaborazione oltre CMOS.
