Des scientifiques du Naval Research Laboratory (NRL) des États-Unis ont signalé la première observation de précession de spin de courants de spin circulant dans un canal de transport de nanofils de silicium (NW), et déterminé les durées de vie de spin et les longueurs de diffusion de spin correspondantes dans ces dispositifs spintroniques à l'échelle nanométrique. Les courants de spin ont été injectés électriquement et détectés à l'aide de contacts métalliques ferromagnétiques avec une barrière tunnel constituée de graphène monocouche entre le métal et le silicium NW.

L'équipe de recherche du NRL a observé une précession de spin (l'effet Hanle) à la fois pour la charge polarisée en spin près de l'interface de contact et pour les courants de spin purs circulant dans le canal NW. Ce dernier montre sans ambiguïté que des spins ont été injectés et transportés dans le Si NW. L'utilisation de graphène comme barrière tunnel fournit un contact de produit à faible résistance et des caractéristiques de commutation magnétique propres, car il relie en douceur le NW et minimise les domaines magnétiques compliqués qui compromettent autrement le comportement magnétique. La découverte de l'équipe est une étape essentielle vers la réalisation de dispositifs spintroniques à semi-conducteurs à grande échelle. Les résultats de la recherche sont publiés dans le numéro du 19 juin 2015 de Communication Nature .

Les nanofils semi-conducteurs offrent un moyen de réduire davantage les dimensions toujours plus réduites des transistors. L'inclusion du spin électronique comme variable d'état supplémentaire offre de nouvelles perspectives pour le traitement de l'information, permettant le futur non volatile, dispositifs reprogrammables au-delà de la feuille de route actuelle de la technologie des semi-conducteurs. Le silicium est un hôte idéal pour une telle technologie basée sur le spin car ses propriétés intrinsèques favorisent le transport du spin, explique le chercheur principal, le Dr Olaf van't Erve.

La réalisation de dispositifs Si NW basés sur le spin nécessite une injection et une détection de spin électriques efficaces, qui dépendent de manière critique de la résistance d'interface entre un contact métallique ferromagnétique et le NW. Ceci est particulièrement problématique avec les semi-conducteurs NW en raison de la zone de contact extrêmement petite, qui peut être de l'ordre de 100 nm2. Les chercheurs ont montré que les barrières tunnel d'oxyde standard fournissent une bonne injection de spin dans les structures planes de Si, mais de tels contacts cultivés sur des NW sont souvent trop résistants pour donner des résultats fiables et cohérents. L'équipe du NRL a développé et utilisé un contact barrière tunnel en graphène qui produit une excellente injection de spin et satisfait également plusieurs critères techniques clés :il fournit un produit à faible surface de résistance, une couche tunnel très homogène avec une épaisseur bien maîtrisée, caractéristiques de commutation magnétique propres pour les contacts magnétiques, et compatibilité avec le métal ferromagnétique et le silicium NW.

L'utilisation de couches 2D intrinsèques telles que le graphène ou le nitrure de bore hexagonal comme contacts tunnel sur des nanofils offre de nombreux avantages par rapport aux matériaux conventionnels déposés par dépôt en phase vapeur (tels que Al2O3 ou MgO), ouvrant la voie à des dispositifs électroniques et spintroniques à grande échelle. L'utilisation de graphène multicouche plutôt que monocouche dans de telles structures peut fournir des valeurs beaucoup plus élevées de la polarisation de spin tunnel en raison des effets de filtrage de spin dérivés de la structure de bande prédits pour certaines structures métal ferromagnétique / graphène multicouche. Cette augmentation permettrait d'améliorer encore les performances des dispositifs spintroniques à nanofils en fournissant des rapports signal sur bruit plus élevés et des vitesses de fonctionnement correspondantes, faire progresser les applications technologiques des dispositifs à nanofils.