Des chercheurs de l'ICN2 Theoretical and Computational Nanoscience Group ainsi que de l'Université catholique de Louvain ont utilisé des simulations numériques pour montrer que la longueur de diffusion du spin est indépendante de la taille des grains. Les résultats sont publiés dans Lettres nano et ont des implications pour l'optimisation des dispositifs spintroniques à base de graphène.

Le graphène est un matériau qui a gagné en notoriété ces dernières années en raison de ses propriétés magnifiques. En particulier, pour la spintronique, Le graphène est un matériau précieux car les spins des électrons utilisés restent inchangés pendant une période relativement longue. Cependant, Le graphène doit être produit à grande échelle pour être utilisé dans les futurs appareils. Avec ce respect, Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est la méthode de fabrication la plus prometteuse.

La CVD consiste à cultiver du graphène sur un substrat métallique à haute température. Dans ce processus, la génération de graphène commence en différents points du substrat simultanément. Cela produit différents domaines monocristallins de graphène séparés les uns des autres par des joints de grains, composé de tableaux de cinq, cycles de carbone à sept ou même huit membres. Le produit final est, Donc, graphène polycristallin.

Le graphène polycristallin est-il aussi bon que le graphène monocristallin pour la spintronique ? Les joints de grains sont une source importante de diffusion de charges, augmenter la résistance électrique du matériau. Comment affectent-ils le transport de spin ?

Certaines expériences suggèrent que les joints de grains ne jouent pas un rôle majeur sur le transport de spin. Dans ce contexte, Dr Aron W. Cummings, du groupe de nanosciences théoriques et computationnelles ICN2, dirigé par ICREA Prof. Stephan Roche, avec des chercheurs de l'Université catholique de Louvain (Belgique), ont utilisé des simulations de principes premiers pour étudier l'impact des joints de grains sur le transport de spin dans le graphène polycristallin. L'étude est publiée dans Lettres nano .

Les chercheurs ont envisagé deux mécanismes différents par lesquels les spins pourraient perdre leur orientation d'origine (relaxation de spin). On rend compte de la randomisation des spins dans les grains due au couplage spin-orbite, l'autre considère la possibilité que les spins se retournent en raison de la diffusion dans un joint de grain. Cependant, les chercheurs ont découvert que ce dernier cas ne s'était pas produit. Les joints de grains n'ont pas d'effet néfaste sur le transport de spin.

Par conséquent, la longueur de diffusion de spin dans le graphène polycristallin est indépendante de la taille des grains et ne dépend que de la force du couplage spin-orbite induit par le substrat. De plus, ceci est valable non seulement pour le régime diffusif de transport, mais aussi pour le faiblement localisé, dans lequel les phénomènes quantiques commencent à prévaloir. Il s'agit de la première simulation de mécanique quantique confirmant que la même expression pour la longueur de diffusion de spin est valable dans les deux régimes.

La recherche met en évidence le fait que le graphène à domaine unique peut ne pas être une exigence pour les applications de spintronique, et que le graphène polycristallin cultivé par CVD peut tout aussi bien fonctionner. Cela met l'accent sur d'autres aspects à améliorer dans la production de graphène, comme l'élimination des impuretés magnétiques.