به تازگی دو گروه پژوهشی نشان داده‌اند که می‌توان جریان‌های اسپینیِ قطبیده و با عمر بیشتر را در دولایه‌ای‌های گرافنی ایجاد کرد.

رسانندگی استثنائیِ گرافن، این ماده را هدفی برجسته برای فناوری‌های اسپین‌ترونیک ساخته است؛ فناوری که در آن از اسپین الکترون برای ذخیره‌ و انتقال داده‌ها بهره برده می‌شود. با این حال، دستکاریِ اسپین الکترون‌های گرافن به دلیل ضعیف بودن جفت‌شدگیِ اسپین-مدار کاری دشوار است؛ جفت‌شدگی که مابین اسپین یک الکترون و حرکتش وجود دارد. پژوهش‌گران راه‌حلی برای این مشکل یافته‌اند: جای‌دادن لایه‌های گرافنی بر روی مواد دی‌کالوجنید فلزات واسطه (TMD) که از جفت‌شدگی اسپین-مداری قوی برخوردارند. اکنون دو تیم پژوهشی نشان داده‌‌اند که می‌توان جفت‌شدگی اسپین-مدار در دولایه‌ای‌های گرافنی را چنان دستکاری کرد تا طول‌عمر دو جریان اسپینی قطبیده و عمودبرهم در این ماده به شکل قابل ملاحظه‌ای متفاوت باشند. این دولایه‌ای‌های گرافنی را می‌توان به عنوان پایه‌ی قطبش‌گرهای اسپینی استفاده کرد که اسپین‌ها را در جهات ترجیحی قطبیده می‌کنند.

یوهانس کریستین لئونتنجمایر (Johannes Christian Leutenantsmeyer) از دانشگاه گرونینگن در هلند و جینسونگ شن (Jinsong Xu) از دانشگاه ایالتی اوهایو در کلمبوس و همکارانشان اکنون به شکل تجربی تایید کرده‌اند که میدان‌های الکتریکی، جفت‌شدگی اسپین-مدار نامتقارنی را در دولایه‌ای‌های گرافنی القا می‌کنند. تیم‌های لئونتنجمایر و شی به جریان‌های اسپینیِ خارج از صفحه‌ای (out-of-plane) دست یافته‌اند که دوازده مرتبه بزرگ‌تر از جریان‌های داخل صفحه‌ای (in-plane) است. در آزمایش‌های هر دو تیم، جریان‌ها حدود ۹۰ نانوثانیه پایداری داشته‌اند که طول‌عمر قطبش آن‌ها بیش از ۱۰۰ برابر بلندتر از طول‌عمرهای قبلی است که در مورد دولایه‌ای‌های گرافن-TMD بدست آمده است.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز به چاپ رسیده است.

درباره‌ی نویسنده:

کاترین رایت (Katherine Wright) سردبیر ارشد مجله‌ی فیزیک است.

منبع:

Anisotropic Spin Currents in Graphene