Двумерные материалы станут основой для энергоэффективной электроники

Новое исследование показало, что композитные материалы из монослоев графена и дихалькогенидов переходных металлов могут быть использованы для тонкого управления спинами электронов. Это может стать основой для создания электроники с низким потреблением энергии.

По словам исследователей, поиски способов, позволяющих эффективно управлять спинами электронов, продолжались в течение многих лет. Обнаружилось, что желаемый результат может быть достигнут за счет соединения графена с определенными двухмерными полупроводниками. Как показали расчеты, воздействие тока с малым напряжением на графеновый слой композита вызывает чистую поляризацию спинов проводимости. Технология эффективна даже при комнатной температуре.

Спин электрона можно сравнить с крошечным компасом, который указывает только в одном из двух возможных направлений, «вверх» или «вниз». Выравнивая основную часть спинов в материале, можно кодировать информацию. «Спиновые токи» не требуют энергии из электросети и, следовательно, в теории не производят никакого нагрева. Таким образом, управление электронными спинами открывает путь к созданию эффективных компьютерных чипов.

Впервые спиновая поляризация в немагнитных средах была продемонстрирована в 2001 году в полупроводниках, а позднее — в металлических гетерограницах. Теперь ученым наконец удалось доказать, что сходный эффект наблюдается на границе монослоя графена и слоя дихалькогенидов переходных металлов. Графен был выбран исследователями из-за его превосходных структурных и электронных свойств, а слоистые полупроводники послужили для усиления релятивистских эффектов. Уникальный характер электронных состояний в графене позволил повысить эффективность преобразования заряда в спин до 94%.

Ученые называют свою разработку образцовым примером объединения фундаментальных и прикладных исследований. По их мнению, у нее хорошие коммерческие перспективы: компактность и гибкость графена обеспечивают широкий диапазон возможных применений, а наличие полупроводникового компонента позволяет интегрировать систему в оптические сети связи. Открытие должно привлечь интерес всех специалистов по спинтронике и стать основой для ультракомпактных и долговечных электронных устройств.

Между тем, исследователь из Бостонского университета открыл рецепт создания квантовой жидкости — материала для долговременного хранения квантовой информации. Для создания этого экзотического состояния вещества необходимо использовать иридат меди, обладающий сотовой геометрией.