Une équipe interdisciplinaire de scientifiques du Naval Research Laboratory (NRL) des États-Unis a signalé la première démonstration de filtrage de spin métallique à température ambiante à l'aide de dispositifs de jonction à couche mince ferromagnétique-graphène-ferromagnétique—le spin est une propriété fondamentale des électrons, en plus des frais, qui peut être utilisé pour transmettre, traiter et stocker des données.

"Le filtrage de spin avait été théoriquement prédit et n'avait été observé auparavant que pour des structures à haute résistance à des températures cryogéniques, " a déclaré le Dr Enrique Cobas, chercheur principal, Division de la science et de la technologie des matériaux du LNR. "Les nouveaux résultats confirment que l'effet fonctionne à température ambiante avec une très faible résistance dans des réseaux de plusieurs appareils."

Les jonctions en couches minces ont démontré une faible résistance, et la caractéristique de magnétorésistance d'une interface de filtre à spin des températures cryogéniques à la température ambiante. L'équipe de recherche a également développé un modèle de dispositif pour incorporer le filtrage de spin prédit en traitant explicitement un canal de spin minoritaire métallique avec une conversion de courant de spin, et déterminé que la polarisation de spin était d'au moins 80 pour cent dans la couche de graphène.

"Le graphène est célèbre pour ses propriétés extraordinaires dans le plan, mais nous voulions examiner la conductivité entre les feuilles de graphène empilées et comment elles interagissent avec d'autres matériaux, " dit Cobas. Pour ce faire, Les chercheurs du LNR ont mis au point une recette pour faire pousser de grands films multicouches de graphène directement sur une surface lisse, film d'alliage de nickel cristallin tout en conservant les propriétés magnétiques de ce film, puis modelé le film en matrices de jonctions cross-bar. "Nous voulions également montrer que nous pouvions produire ces appareils avec des outils standard de l'industrie, ne pas créer qu'un seul appareil, " ajouta Cobas.

Le phénomène de filtrage de spin est dû à une interaction des propriétés mécaniques quantiques du graphène avec celles d'un film de nickel cristallin. Lorsque les structures de nickel et de graphène s'alignent, seuls les électrons à un spin peuvent passer facilement d'un matériau à l'autre, un effet appelé filtrage de spin, qui se traduit par une polarisation de spin d'un courant électrique.

"Il y a place à l'amélioration car la théorie suggère que l'effet peut être augmenté d'un ordre de grandeur en ajustant le nombre de couches de graphène, " a déclaré le Dr Olaf van 't Erve, chercheur, Division de la science et de la technologie des matériaux du LNR. "Toutefois, les modèles actuels n'incluent pas la conversion de spin qui se produit à l'intérieur des contacts ferromagnétiques. Une fois ces effets pris en compte, nous sommes déjà proches du cas idéal d'une polarisation de spin à 100 % dans la couche de graphène, nous permettant de réviser la géométrie et les matériaux de nos appareils pour en maximiser l'effet."

Le résultat est pertinent pour la nouvelle génération de mémoire magnétique non volatile à accès aléatoire (MRAM), qui utilise des impulsions polarisées en spin pour faire basculer un bit magnétique de 0 à 1 et vice-versa. Il pourrait également être utilisé dans les futures technologies de logique de spin ou comme capteurs magnétiques.