Des physiciens de l'Université de Groningue ont construit un transistor de spin bidimensionnel, dans lequel les courants de spin étaient générés par un courant électrique à travers le graphène. Une monocouche d'un dichalcogénure de métal de transition (TMD) a été placée sur le graphène pour induire une conversion charge-spin dans le graphène. Cette observation expérimentale a été décrite dans le numéro de la revue Lettres nano publié le 11 septembre 2019.

La spintronique est une alternative intéressante pour créer des appareils électroniques à faible consommation. Elle n'est pas basée sur un courant de charge mais sur un courant de spins électroniques. Le spin est une propriété de mécanique quantique d'un électron, un moment magnétique qui pourrait être utilisé pour transférer ou stocker des informations.

Hétérostructure

Graphène, une forme 2-D du carbone, est un excellent transporteur de spin. Cependant, pour créer ou manipuler des spins, l'interaction de ses électrons avec les noyaux atomiques est nécessaire :couplage spin-orbite. Cette interaction est très faible en carbone, rendant difficile la génération ou la manipulation de courants de spin dans le graphène. Cependant, il a été montré que le couplage spin-orbite dans le graphène augmente lorsqu'une monocouche d'un matériau avec des atomes plus lourds (comme un TMD) est placée sur le dessus, créer une hétérostructure de Van der Waals.

Dans le groupe Physique des nanodispositifs, dirigé par le professeur Bart van Wees à l'Université de Groningen, doctorat l'étudiant Talieh Ghiasi et le chercheur postdoctoral Alexey Kaverzin ont créé une telle hétérostructure. À l'aide d'électrodes en or, ils ont pu envoyer un courant de charge pur à travers le graphène et générer un courant de spin, appelé effet Rashba-Edelstein. Cela se produit en raison de l'interaction avec les atomes lourds de la monocouche TMD (dans ce cas, disulfure de tungstène). Cet effet bien connu a été observé pour la première fois dans le graphène qui était à proximité d'autres matériaux 2D.

Symétries

"Le courant de charge induit un courant de spin dans le graphène, que nous avons pu mesurer avec des électrodes de cobalt ferromagnétique à spin sélectif, " explique Ghiasi. Cette conversion charge-spin permet de construire des circuits de spin tout électriques avec du graphène. Auparavant, les spins devaient être injectés à travers un ferromagnétique. "Nous avons également montré que l'efficacité de la génération de l'accumulation de spin peut être ajustée par l'application d'un champ électrique, " ajoute Ghiasi. Cela signifie qu'ils ont construit un transistor de spin dans lequel le courant de spin peut être activé et désactivé.

L'effet Rashba-Edelstein n'est pas le seul effet qui produit un courant de spin. L'étude montre que l'effet Spin-Hall fait de même, mais que ces spins sont orientés différemment. "Quand on applique un champ magnétique, nous faisons tourner les vrilles sur le terrain. Différentes symétries des signaux de spin générés par les deux effets en interaction avec le champ magnétique nous aident à démêler la contribution de chaque effet dans un système, " explique Ghiasi. C'était également la première fois que les deux types de mécanismes de conversion charge-spin étaient observés dans le même système. "Cela nous aidera à mieux comprendre la nature du couplage spin-orbite dans ces hétérostructures. "

Graphène Flagship

Outre les informations fondamentales que l'étude peut fournir, la construction d'un transistor de spin 2-D tout électrique (sans ferroaimants) a une importance considérable pour les applications de spintronique, qui est également un objectif de l'EU Graphene Flagship. "C'est particulièrement vrai parce que nous avons pu voir l'effet à température ambiante. Le signal de spin diminuait avec l'augmentation de la température mais était toujours très présent dans les conditions ambiantes."