Chercheurs du groupe de nanosciences théoriques et computationnelles ICN2, dirigé par ICREA Prof. Stephan Roche, ont publié un autre article sur le spin, cette fois, rapportant des simulations numériques pour la relaxation de spin dans des hétérostructures graphène/TMDC. Publié dans Lettres d'examen physique , leurs calculs indiquent une anisotropie de durée de vie de spin qui est de plusieurs ordres de grandeur plus grande que tout ce qui a été observé dans le graphène jusqu'à présent. Ici, l'auteur principal Aron Cummings explique l'origine de cet effet.

Publié dans Lettres d'examen physique cette semaine, Les chercheurs en spintronique du groupe de nanoscience théorique et computationnelle ICN2 dirigé par le professeur de l'ICREA, Stephan Roche, ont glané des informations potentiellement révolutionnaires sur les mécanismes régissant la dynamique de spin et la relaxation dans les hétérostructures graphène/TMDC. Non seulement leurs modèles donnent une anisotropie de durée de vie de spin qui est de plusieurs ordres de grandeur supérieure au rapport 1:1 généralement observé dans les systèmes 2D, mais ils indiquent un régime qualitativement nouveau de relaxation de spin.

La relaxation de spin est le processus par lequel les spins dans un courant de spin perdent leur orientation, revenir à un état de désordre naturel. Cela provoque la perte du signal de spin, puisque les spins ne sont utiles pour transporter des informations que lorsqu'ils sont orientés dans une certaine direction. Cette étude révèle que la vitesse à laquelle les spins se relâchent dans les systèmes graphène/TMDC dépend fortement du fait qu'ils pointent dans ou hors du plan du graphène, avec des vrilles hors du plan durant des dizaines ou des centaines de fois plus longtemps que les vrilles dans le plan. Un rapport aussi élevé n'avait pas été observé auparavant dans le graphène ou tout autre matériau 2-D.

Dans le journal, judicieusement intitulé "Giant Spin Lifetime Anisotropy in Graphene Induced by Proximity Effects", l'auteur principal Aron Cummings rapporte que ce comportement est médié par le verrouillage de la vallée de spin induit dans le graphène par le TMDC, qui lie la durée de vie du spin dans le plan au temps de diffusion par intervalles. Cela provoque un relâchement de la rotation dans le plan beaucoup plus rapide que la rotation hors du plan. Par ailleurs, les simulations numériques suggèrent que ce mécanisme devrait entrer en jeu dans tout substrat à fort verrouillage de spin-valley, y compris les TMDC eux-mêmes.

Induire efficacement un effet de filtre de spin –la possibilité de trier ou de modifier les orientations de spin–, ces découvertes donnent des raisons de croire qu'il sera peut-être un jour possible de manipuler, et pas seulement les transports, tourner dans le graphène.

La spintronique est une branche de l'électronique qui utilise le spin de particules subatomiques comme les électrons pour stocker et transporter des informations. Il promet des appareils plus rapides, fonctionnent à une fraction du coût énergétique et ont des mémoires bien supérieures. Cependant, l'établissement d'un courant de spin n'est pas un processus simple. D'abord, parce que le spin à l'état naturel est désordonné; C'est, les axes de rotation pointent dans un certain nombre de directions. Ils doivent d'abord être polarisés pour régler leur orientation. Puis, même une fois polarisé, les spins peuvent facilement perdre cette orientation dans un processus connu sous le nom de relaxation de spin, ce qui limite la durée de vie et donc l'utilité des courants de spin en pratique.

Entrez le graphène, tout à fait le matériau du moment et non sans raison :ce matériau 2D possède une série de propriétés qui le rendent particulièrement adapté pour maintenir l'orientation du spin sur de longues durées de vie. Cependant, son faible couplage spin-orbite (SOC) le rend inefficace pour manipuler le spin.

La solution adoptée en spintronique est de créer des hétérostructures en couches, exploiter les propriétés de transport de spin du graphène et un deuxième matériau à SOC élevé dans un seul système. Cela fonctionne par effet de proximité, grâce à quoi le graphène s'imprime avec les propriétés du second matériau, et a été prouvé expérimentalement avec des isolants magnétiques 2D et des dichalcogénures de métaux de transition (TMDC).

Dans ce travail, les chercheurs ont étudié la relaxation de spin dans de telles hétérostructures en couches de graphène/TMDC dans le but de faire la lumière sur les mécanismes encore inexplorés régissant la relaxation de spin dans ces systèmes. L'anisotropie de la durée de vie de spin est le rapport entre les durées de vie de spin hors plan et dans le plan, et est utilisé comme mesure de ces mécanismes. Ce qu'ils trouvent est un mécanisme unique activé par l'effet de proximité spécifique des TMDC sur le graphène.