Des physiciens de l'Université de Groningue, en collaboration avec un groupe de physique théorique de l'Universität Regensburg, ont construit un dispositif de graphène bicouche optimisé qui affiche à la fois de longues durées de vie de spin et une anisotropie de durée de vie de spin contrôlable électriquement. Il a le potentiel pour des applications pratiques telles que les dispositifs logiques basés sur le spin. Les résultats ont été publiés dans Lettres d'examen physique le 20 septembre.

La miniaturisation des éléments des systèmes informatiques au cours des 60 dernières années a augmenté leur capacité, leur permettant de se répandre dans presque tous les aspects de la vie quotidienne. Les microprocesseurs ont maintenant atteint des échelles inférieures à 100 atomes et approchent des limites fondamentales. En raison d'exigences plus élevées, de nouveaux concepts sont nécessaires pour fournir des fonctionnalités améliorées. Dans ce contexte, les chercheurs étudient l'utilisation du spin pour le transport et le stockage de l'information. Le spin est une propriété de mécanique quantique des électrons, ce qui leur donne un moment magnétique qui pourrait être utilisé pour transférer ou stocker des informations. Le domaine de l'électronique à base de spin (spintronique) a déjà fait son chemin dans les disques durs des ordinateurs, et promet également de révolutionner les unités de traitement.

Le graphène est un excellent conducteur de spins électroniques, mais il est difficile de contrôler les spins dans ce matériau en raison de leur faible interaction avec les atomes de carbone (le couplage spin-orbite). Des travaux antérieurs du groupe de physique des nanodispositifs de l'Université de Groningue dirigé par le professeur Bart van Wees ont placé le graphène à proximité immédiate d'un dichalcogénure de métal de transition, un matériau stratifié avec une force intrinsèque de couplage spin-orbite élevée. La force de couplage spin-orbite élevée a été transférée au graphène via une interaction à courte portée à l'interface. Cela a permis de contrôler les courants de spin, mais seulement au prix d'une durée de rotation réduite.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont réussi à contrôler les courants de spin dans une bicouche de graphène. « Cela a en fait été prédit dans un article théorique en 2012, mais la technologie pour mesurer l'effet avec précision n'est devenue disponible que récemment, " explique Christian Leutenantsmeyer, un doctorat étudiant dans le groupe Van Wees et premier auteur de l'article PRL. L'article est une collaboration entre le groupe Van Wees et un groupe de physique théorique de l'Universität Regensburg en Allemagne.

L'article de 2012 a prédit le transport de spin anisotrope dans les bicouches de graphène en conséquence du couplage spin-orbite dans le graphène bicouche. Le transport de spin anisotrope décrit la situation dans laquelle les spins pointant vers l'intérieur ou l'extérieur du plan du graphène sont conduits avec des efficacités différentes. Cela a été observé dans les appareils fabriqués par Leutenantsmeyer et ses collègues.

Le courant de spin pourrait également être contrôlé en utilisant l'anisotropie de la durée de vie du spin, car les spins dans le plan vivent beaucoup plus courts que ceux hors plan, et pourrait être utilisé dans des dispositifs pour polariser les courants de spin. Leutenantsmeyer dit, "Nous avons constaté que l'anisotropie de force est comparable aux dispositifs de dichalcogénure de graphène/métal de transition, mais nous avons observé une durée de vie de spin 100 fois plus grande. Nous avons donc obtenu à la fois un transport de spin efficace et un contrôle efficace des spins."

Le travail donne un aperçu des propriétés fondamentales du couplage spin-orbite dans le graphène bicouche. "Et en plus, nos découvertes ouvrent de nouvelles voies pour le contrôle électrique efficace des spins dans le graphène de haute qualité, une étape importante pour le graphène."