a) effetto Rashba-Edelstein diretto e (b) inverso (effetto Rashba-Edelstein inverso chiamato anche effetto galvanico di spin; SGE) meccanismo e impostazione della misurazione, (c) superficie di Fermi dello stato di Rashba con campo elettrico applicato, e (d) il confronto tra la resistenza all'effetto Rashba Edelstein diretta e inversa misurata. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
I fisici KAIST hanno descritto un percorso per progettare la generazione efficiente dal punto di vista energetico, manipolazione e rilevamento di correnti di spin utilizzando materiali bidimensionali non magnetici. Il gruppo di ricerca, guidato dal professor Sungjae Cho, osservato un'interconversione carica-spin altamente efficiente tramite l'effetto Rashba-Edelstein (REE) sintonizzabile su gate nelle eterostrutture di grafene.
Questa ricerca apre la strada all'applicazione del grafene come componente spintronico attivo per generare, controllo, e rilevare la corrente di spin senza elettrodi ferromagnetici o campi magnetici.
Il grafene è un promettente componente spintronico grazie alla sua lunga lunghezza di diffusione dello spin. Però, il suo piccolo accoppiamento spin-orbita limita il potenziale del grafene nelle applicazioni spintroniche poiché il grafene non può essere utilizzato per generare, controllo, o rilevare la corrente di spin.
"Abbiamo aumentato con successo l'accoppiamento spin-orbita del grafene impilando il grafene sopra 2H-TaS 2 , che è uno dei materiali dicalcogenuri di metalli di transizione con il più grande accoppiamento spin-orbita. Il grafene ora può essere utilizzato per generare, controllo, e rilevare la corrente di spin, " ha detto il professor Cho.
L'effetto Rashba-Edelstein è un meccanismo fisico che consente l'interconversione da corrente di carica a corrente di spin mediante una struttura a bande dipendente dallo spin indotta dall'effetto Rashba, una scissione delle bande di spin dipendente dal momento in sistemi di materia condensata a bassa dimensione.
Il gruppo del professor Cho ha dimostrato per la prima volta l'effetto Rashba-Edelstein sintonizzabile sul gate in un grafene multistrato. L'effetto Rahsba-Edelstein consente agli elettroni di conduzione bidimensionali del grafene di essere magnetizzati da una corrente di carica applicata e di formare una corrente di spin. Per di più, come il livello di Fermi del grafene, sintonizzato dalla tensione di gate, si sposta dalla banda di valenza alla banda di conduzione, la corrente di spin generata dal grafene ha invertito la sua direzione di spin.
Questa inversione di spin è utile nella progettazione di transistor a basso consumo energetico che utilizzano spin in quanto fornisce lo stato "on" del vettore con fori di spin up (o elettroni spin down) e lo stato "off" con polarizzazione di spin netto zero in modo chiamato "punto di neutralità di carica" in cui il numero di elettroni e lacune è uguale.
"Il nostro lavoro è la prima dimostrazione dell'interconversione carica-spin in un'eterostruttura metallica TMD (dicalcogenuro di metallo di transizione) e grafene con uno stato di polarizzazione dello spin controllato da un gate. Ci aspettiamo che l'effetto di commutazione di spin completamente elettrico e il l'inversione della polarizzazione di spin non in equilibrio mediante l'applicazione della tensione di gate è applicabile per la generazione e la manipolazione efficienti dal punto di vista energetico delle correnti di spin utilizzando materiali van der Waals non magnetici, " ha spiegato il professor Cho.
