Графен невероятно прочный, легкий и проводящий материал. Однако он не является магнитным. Этот недостаток ограничивает его полезность в спинтронике. Новое исследование решает эту проблему. Спинтроника — развивающаяся область, которая, по словам ученых, в конечном итоге перепишет правила электроники. Это приведет к созданию более мощных полупроводников, компьютеров и других устройств. В такой перспективной области пригодился бы столь универсальный материал, как графен.

В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, исследователи описывают, как они соединили магнит с графеном и создали то, что они описывают как «искусственную магнитную текстуру» в немагнитном материале.

«Независимо друг от друга, графен и спинтроника обладают невероятным потенциалом, чтобы фундаментально изменить многие аспекты бизнеса и общества. Но если вы сможете объединить их вместе, синергетические эффекты удивят мир», — заявила ведущая автор исследования, женщина-доктор философии Наргесс Арабчигавкани, которая провела исследование.

Также в международную группу ученых под руководством университета Буффало входят специалисты из Технологического института Ладкрабанг короля Монгкута в Таиланде, университетов Чиба в Японии, науки и технологий Китая, Небраски в Омахе, Небраски Линкольна и Упсалы в Швеции. Для своих экспериментов исследователи поместили магнит толщиной 20 нм (нанометров) в прямой контакт с листом графена. Он представлял собой слой атомов углерода, расположенных в двумерной сотовой решетке толщиной менее 1 нм.

«Чтобы почувствовать разницу в размерах, сравните кладку кирпича на лист бумаги», — объясняет старший автор исследования Джонатан Берд.

Затем исследователи поместили восемь электродов в разные точки вокруг графена и магнита, чтобы измерить их проводимость.

Электроды удивили ученых — магниты вызвали в графене искусственную магнитную текстуру. Она сохранялась даже в областях графена, удаленных от магнита. Проще говоря, тесный контакт между двумя объектами заставил обычно немагнитный углерод вести себя по-другому. Он проявил свойства, аналогичные обычным магнитным материалам — железу или кобальту.

Полученные результаты поднимают важные вопросы, касающиеся микроскопического происхождения магнитной текстуры в графене. Самым важным, по словам ученых, является степень, в которой индуцированное магнитное поведение возникает из-за влияния спиновой поляризации и / или спин-орбитальной связи. Они, как известно, тесно связаны с магнитными свойствами материалов и с появляющейся технологией спинтроники.

Вместо того, чтобы использовать электрический заряд, переносимый электронами (как в традиционной электронике), устройства спинтроники стремятся использовать уникальное квантовое свойство электронов, известное как спин (которое аналогично вращению Земли вокруг собственной оси). Спин дает возможность упаковать больше данных в устройства меньшего размера. Это увеличивает мощность полупроводников, квантовых компьютеров, запоминающих устройств и другой цифровой электроники.