En spintronique, le moment magnétique des électrons (spin) est utilisé pour transférer et manipuler l'information. Un circuit logique de spin 2D ultra-compact pourrait être construit à partir de matériaux 2D capables de transporter les informations de spin sur de longues distances et de fournir également une forte polarisation de spin du courant de charge. Des expériences menées par des physiciens de l'Université de Groningue (Pays-Bas) et de l'Université de Colombie (États-Unis) suggèrent que le graphène magnétique peut être le choix ultime pour ces dispositifs à logique de spin 2D car il convertit efficacement la charge en courant de spin et peut transférer cette forte polarisation de spin. sur de longues distances. Cette découverte a été publiée le 6 mai dans Nature Nanotechnologie .

Les dispositifs spintroniques sont des alternatives prometteuses à haute vitesse et à économie d'énergie pour l'électronique actuelle. Ces appareils utilisent le moment magnétique des électrons, ce que l'on appelle les spins (« vers le haut » ou « vers le bas ») pour transférer et stocker des informations. La réduction continue de la technologie de la mémoire nécessite des dispositifs spintroniques de plus en plus petits et recherche donc des matériaux atomiquement minces capables de générer activement des signaux de spin importants et de transférer les informations de spin sur des distances micrométriques.

Graphène

Depuis plus d'une décennie, le graphène a été le matériau 2D le plus favorable pour le transport de l'information de spin. Cependant, le graphène ne peut pas générer de courant de spin par lui-même à moins que ses propriétés ne soient modifiées de manière appropriée. Une façon d'y parvenir est de le faire agir comme un matériau magnétique. Le magnétisme favoriserait le passage d'un type de spin et créerait ainsi un déséquilibre du nombre d'électrons avec spin up versus spin down. Dans le graphène magnétique, cela se traduirait par un courant fortement polarisé en spin.

Cette idée a maintenant été confirmée expérimentalement par les scientifiques du groupe Physique des nanodispositifs dirigé par le prof. Bart van Wees à l'Université de Groningue, Institut Zernike pour les matériaux avancés. Lorsqu'ils ont amené le graphène à proximité d'un antiferromagnétique en couches 2D, CrSBr, ils pourraient mesurer directement une grande polarisation de spin du courant, généré par le graphène magnétique.

Spin-logique

Dans les dispositifs spintroniques conventionnels à base de graphène, des électrodes ferromagnétiques (cobalt) sont utilisées pour injecter et détecter le signal de spin dans le graphène. En revanche, dans des circuits construits à partir de graphène magnétique, l'injection, le transport et la détection des spins peuvent tous être effectués par le graphène lui-même, explique Talieh Ghiasi, premier auteur de l'article. "Nous détectons une polarisation de spin exceptionnellement grande de la conductivité de 14% dans le graphène magnétique qui devrait également être réglable efficacement par un champ électrique transversal." Cette, ainsi que les propriétés exceptionnelles de transport de charge et de spin du graphène permettent la réalisation de circuits logiques de spin entièrement en graphène 2D où le graphène magnétique seul peut injecter, transporter et détecter les informations de rotation.

De plus, la dissipation thermique inévitable qui se produit dans tout circuit électronique est mise à profit dans ces dispositifs spintroniques. "Nous observons que le gradient de température dans le graphène magnétique dû au chauffage Joule est converti en courant de spin. Cela se produit par l'effet Seebeck dépendant du spin qui est également observé dans le graphène pour la première fois dans nos expériences, " dit Ghiasi. La génération électrique et thermique efficace de courants de spin par le graphène magnétique promet des avancées substantielles à la fois pour les technologies de spintronique 2D et de spin-caloritronique.

Le transport de spin dans le graphène, par ailleurs, est très sensible au comportement magnétique de la couche la plus externe de l'antiferromagnétique voisin. Ceci implique que de telles mesures de transport de spin permettent de lire l'aimantation d'une seule couche atomique. Ainsi, les dispositifs magnétiques à base de graphène abordent non seulement les aspects les plus pertinents sur le plan technologique du magnétisme dans le graphène pour la mémoire 2D et les systèmes sensoriels, mais fournissent également un aperçu supplémentaire de la physique du magnétisme.

Les implications futures de ces résultats seront étudiées dans le cadre du projet phare de l'UE sur le graphène, qui travaille vers de nouvelles applications du graphène et des matériaux 2D.