Des chercheurs de l'Université de technologie Chalmers montrent que l'application d'un champ magnétique modéré dans le plan augmente la durée de vie de spin des électrons dans le graphène. Les résultats de ce travail ont des implications profondes pour l'utilisation du graphène comme plate-forme post-CMOS en spintronique, et apporter une contribution importante à la compréhension de la physique des matériaux 2D. Les résultats ont récemment été publiés dans la prestigieuse revue Lettres d'examen physique .
"Avec ce travail, nous avons contribué à ajouter une pièce au puzzle de la raison pour laquelle le graphène n'est en pratique pas aussi bon pour la spintronique qu'une théorie le prédit. Nous devons continuer à trouver d'autres pièces de ce puzzle intéressant", déclare Sergey Kubatkin, professeur de physique des dispositifs quantiques, à Chalmers.
Le graphène est l'un des candidats prometteurs dans la plate-forme post CMOS pour la spintronique, l'utilisation du spin électronique pour le traitement de l'information. Une exigence pratique pour la spintronique est de trouver des matériaux dans lesquels le spin de l'électron peut voyager sur de longues distances sans perturbations, C'est, matériaux à longue durée de vie. En théorie, Le graphène est un matériau idéal pour cela en raison de sa mobilité élevée des porteurs et de sa capacité à maintenir le spin des électrons intact pendant des millisecondes. Cependant, dans le graphène réel, la durée de vie du spin est de l'ordre de la nanoseconde, C'est, un écart entre la théorie et l'expérience d'environ 6 ordres de grandeur.
Qu'est-ce qui limite la durée de vie du spin dans les vrais appareils au graphène ? C'est la question abordée par l'étude et actuellement l'une des principales énigmes de la physique du graphène. Dans une précédente publication dans la même revue, publié en octobre 2011 (voir lien ci-dessous), le groupe a avancé l'idée que la durée de vie de spin dans le graphène peut être limitée par la diffusion sur les défauts du graphène, qui se comportent comme des impuretés magnétiques. Maintenant, l'équipe a prouvé cette idée directement en appliquant un champ magnétique modéré dans le plan et a observé une augmentation de la durée de vie du spin des électrons :le champ magnétique dans le plan gèle les défauts magnétiques, et les perturbations du spin des électrons dans le graphène sont supprimées.
Pour étudier ces effets, les chercheurs ont mesuré la relaxation du spin des électrons via des corrections d'interférence quantique de la conductivité électrique du graphène à basse température. Cette correction quantique est détruite par de faibles champs magnétiques perpendiculaires et par l'effet aléatoire de la température, cependant, il est observé expérimentalement qu'il reste fini même aux températures les plus basses. De façon inattendue, l'influence du champ dans le plan sur la durée de vie du spin n'était pas monotone :un champ dans le plan très faible a entraîné une diminution faible mais notable de la durée de vie du spin avant qu'il ne soit amélioré dans un champ un peu plus fort. Le comportement dans le champ faible a été compris en termes de contribution à la dynamique du spin jusqu'alors inconnue au magnétotransport :le champ dans le plan force la précession du spin de l'électron et du spin du défaut magnétique. Si les deux tournent à la même vitesse et dans le même sens, la précession n'a aucun effet sur la durée de vie du spin des électrons. Cependant, si les électrons "voient" le spin des impuretés de diffusion à une phase aléatoire, la durée de vie de spin de l'électron diminue.
