Une équipe de chercheurs basée à Manchester, les Pays-Bas, Singapour, Espagne, La Suisse et les États-Unis ont publié une nouvelle revue sur un domaine du développement de dispositifs informatiques connu sous le nom de spintronique, qui pourrait voir le graphène utilisé comme bloc de construction pour l'électronique de nouvelle génération.

Les récents progrès théoriques et expérimentaux et les phénomènes dans les études du transport de spin électronique dans le graphène et les matériaux bidimensionnels (2D) associés sont devenus un domaine fascinant de recherche et de développement.

La spintronique est la combinaison de l'électronique et du magnétisme, à l'échelle nanométrique et pourrait conduire à la prochaine génération d'électronique à grande vitesse. Les dispositifs spintroniques sont une alternative viable pour la nanoélectronique au-delà de la loi de Moore, offrant une efficacité énergétique plus élevée et une dissipation plus faible par rapport à l'électronique conventionnelle, qui repose sur les courants de charge. En principe, nous pourrions avoir des téléphones et des tablettes fonctionnant avec des transistors et des mémoires à spin.

Tel que publié aujourd'hui dans APS Journal Examen de la physique moderne , la revue porte sur les nouvelles perspectives offertes par les hétérostructures et leurs phénomènes émergents, y compris les effets spin-orbite activés par la proximité, couplant le spin à la lumière, accordabilité électrique et magnétisme 2D.

La personne moyenne rencontre déjà la spintronique dans les ordinateurs portables et les PC, qui utilisent déjà la spintronique sous la forme de capteurs magnétiques dans les têtes de lecture des disques durs. Ces capteurs sont également utilisés dans l'industrie automobile.

La spintronique est une nouvelle approche du développement de l'électronique où à la fois des dispositifs de mémoire (RAM) et des dispositifs logiques (transistors) sont mis en œuvre avec l'utilisation de « spin », qui est la propriété de base des électrons qui les amènent à se comporter comme de minuscules aimants, ainsi que la charge électronique.

Dr Ivan Vera Marun, Conférencier en physique de la matière condensée à l'Université de Manchester a déclaré:"Les progrès continus de la spintronique du graphène, et plus largement dans les hétérostructures 2D, a abouti à la création efficace, transport, et la détection d'informations de spin en utilisant des effets auparavant inaccessibles au graphène seul.

« Alors que les efforts sur les aspects fondamentaux et technologiques se poursuivent, nous pensons que le transport de spin balistique sera réalisé dans des hétérostructures 2D, même à température ambiante. Un tel transport permettrait une utilisation pratique des propriétés mécaniques quantiques des fonctions d'onde des électrons, mettre les spins dans les matériaux 2D au service des futures approches de calcul quantique."

Le transport de spin contrôlé dans le graphène et d'autres matériaux bidimensionnels est devenu de plus en plus prometteur pour des applications dans des dispositifs. Les hétérostructures sur mesure sont particulièrement intéressantes, dites hétérostructures de van der Waals, constitués d'empilements de matériaux bidimensionnels dans un ordre contrôlé avec précision. Cette revue donne un aperçu de ce domaine en développement de la spintronique du graphène et décrit l'état de l'art expérimental et théorique.

Des milliards de dispositifs de spintronique tels que des capteurs et des mémoires sont déjà en cours de production. Chaque disque dur a un capteur magnétique qui utilise un flux de rotations, et les puces de mémoire magnétique à accès aléatoire (MRAM) deviennent de plus en plus populaires.

Au cours de la dernière décennie, des résultats intéressants ont été obtenus dans le domaine de la spintronique du graphène, évoluer vers une prochaine génération d'études s'étendant à de nouveaux composés bidimensionnels (2-D).

Depuis son isolement en 2004, le graphène a ouvert la porte à d'autres matériaux 2D. Les chercheurs peuvent ensuite utiliser ces matériaux pour créer des empilements de matériaux 2D appelés hétérostructures. Ceux-ci peuvent être combinés avec du graphène pour créer de nouveaux « matériaux de conception » afin de produire des applications initialement limitées à la science-fiction.

Le professeur Francisco Guinée, co-auteur de l'article, a déclaré :"Le domaine de la spintronique, les propriétés et la manipulation des spins dans les matériaux ont mis en lumière un certain nombre d'aspects nouveaux dans le comportement des solides. L'étude des aspects fondamentaux du mouvement des électrons porteurs de spin est l'un des domaines les plus actifs de la physique de la matière condensée."

L'identification et la caractérisation de nouveaux matériaux quantiques avec des propriétés topologiques électroniques et magnétiques non triviales sont intensivement étudiées dans le monde entier, après la formulation, en 2004 du concept d'isolants topologiques. La spintronique est au cœur de cette recherche. En raison de leur pureté, force, et simplicité, les matériaux bidimensionnels sont la meilleure plate-forme où trouver ces caractéristiques topologiques uniques qui concernent la physique quantique, électronique, et le magnétisme."

Globalement, le domaine de la spintronique dans le graphène et les matériaux 2D associés s'oriente actuellement vers la démonstration de dispositifs pratiques de spintronique en graphène tels que les nano-oscillateurs couplés pour des applications dans les domaines de la communication spatiale, liaisons radio à haut débit, Radar de véhicule et applications de communication interpuces.