Tecnologia Científica

Os pesquisadores realizam um transistor de efeito de campo de spin em temperatura ambiente
Em experimentos usando materiais convencionais , engenheiros e fa­sicos observaram atéagora apenas precessão de spin coerente no regime bala­stico e em temperaturas muito baixas
Por Ingrid Fadelli - 07/09/2021


Esboa§o de um transistor de efeito de campo de spin de grafeno-WSe2. Na voltagem de backgate zero (Vbg), o sinal reverso gira ao se propagar atravanãs do canal. Em contraste, quando o Vbg não ézero, a precessão éreduzida e os spins não invertem o sinal. Crédito: Ingla-Aynes et al.

Um objetivo crucial da pesquisa de spintra´nica émanipular de forma coerente os spins de elanãtrons em temperatura ambiente usando corrente elanãtrica. Isso éparticularmente valioso, pois permitiria o desenvolvimento de vários dispositivos, incluindo transistores de efeito de campo de spin.

Em experimentos usando materiais convencionais , engenheiros e fa­sicos observaram atéagora apenas precessão de spin coerente no regime bala­stico e em temperaturas muito baixas. Os bidimensionais (materiais 2D), no entanto, tem caracteri­sticas únicas que podem fornecer novos botaµes de controle para manipular a procissão de giro.

Pesquisadores do CIC nanoGUNE BRTA na Espanha e da Universidade de Regensburg na Alemanha demonstraram recentemente a precessão do spin a  temperatura ambiente na ausaªncia de um campo magnético no grafeno de duas camadas . Em seu artigo, publicado na Physical Review Letters , eles usaram materiais 2D para realizar um transistor de efeito de campo de spin.

"Em nosso grupo, háuma longa tradição de estudar o transporte de spin em vários materiais, como metais simples, por exemplo", Josep Ingla-Aynes, Franz Herling, Jaroslav Fabian, Luis E. Hueso e Felix Casanova, os pesquisadores que realizaram o estudo, disse Phys.org por e-mail. "Nosso principal objetivo éentender como o spin do elanãtron pode transportar informações e como esse grau de liberdade pode ajudar a criar dispositivos com novas funcionalidades."

O grafeno estãoentre os materiais com os maiores comprimentos de relaxação de spin. No entanto, manipular os giros conforme eles viajam no grafeno pode ser muito desafiador e atéagora são foi conseguido usando campos magnanãticos externos, o que estãolonge de ser ideal para aplicações prática s.

Recentemente, Ingla-Aynanãs e seus colegas tem examinado como as heteroestruturas baseadas em diferentes materiais 2D, também conhecidas como heteroestruturas de van der Waals, atuam na spintra´nica. As heteroestruturas de Van der Waals são uma classe de materiais 2D a  base de grafeno com camadas que não são quimicamente ligadas.

"Temos explorado particularmente estruturas onde um material com acoplamento spin-a³rbita fraco (como o grafeno) éempilhado com um material com um acoplamento spin-a³rbita forte (como WSe 2 ) e observando experimentalmente como esse acoplamento spin-a³rbita érealmente transferido para o grafeno por proximidade ", explicaram os pesquisadores. "Mais tecnicamente, ao conseguir uma forte interação entre as camadas, épossí­vel imprimir um acoplamento spin-a³rbita eficiente no grafeno (que atua como um campo magnético eficaz) que pode reverter os spins sem a necessidade de aplicar um campo magnético e isso éo que quera­amos fazer. "
 
Em vez de usar um aºnico material, Ingla-Aynanãs e seus colegas usaram uma combinação de dois materiais com propriedades significativas diferentes. O primeiro desses materiais éo grafeno, que tem um acoplamento spin-a³rbita fraco e um comprimento de relaxação de spin longo. O segundo éWSe 2 , que tem um forte e anisotra³pico acoplamento spin-a³rbita .

"Preparamos heteroestruturas de duas camadas de grafeno / WSe 2 van der Waals usando uma técnica de empilhamento a  base de pola­mero seco", disseram os pesquisadores. "Então, para promover a proximidade entre as camadas, recozemos nossas amostras acima de 400 graus Celsius. Para medir o transporte de spin, usamos eletrodos ferromagnanãticos que, combinados com campos magnanãticos, nos permitem medir spins no plano e fora do plano que viajar atravanãs do canal de grafeno / WSe 2. "

Ingla-Aynanãs e seus colegas foram capazes de controlar os tempos de transporte de spin no material que usaram aplicando um campo elanãtrico no plano e uma voltagem backgate a eles. Em última análise, isso permitiu o controle elanãtrico da precessão do spin a  temperatura ambiente, sem a necessidade de aplicar um campo magnético externo.

“Isso tem sido procurado pela comunidade hádécadas e com a exploração de muitos materiais diferentes, mas ninguanãm teve sucesso, atéagora”, disseram os pesquisadores. "Essa descoberta tem implicações para a aplicabilidade da spintra´nica, já que nosso dispositivo opera como o tão procurado transistor de spin Datta-Das, que tem sido um dos objetivos da spintra´nica desde que foi proposto pela primeira vez em 1990."

Em seu artigo, os pesquisadores apresentaram o primeiro transistor de efeito de campo de spin em temperatura ambiente usando a estratanãgia de precessão de spin que desenvolveram. No futuro, seu trabalho pode abrir caminho para a implementação prática de lógica baseada em spin com eficiência energanãtica.

"Nosso estudo também tem uma consequaªncia fundamental, pois fornece informações valiosas sobre como o transporte de spin éafetado pelas interações spin-a³rbita em heteroestruturas de van der Waals baseadas em grafeno", disseram os pesquisadores. "Em nossos pra³ximos estudos, planejamos estudar várias outras combinações de materiais 2D que fornecera£o novos efeitos fa­sicos relacionados ao grau de liberdade de rotação."

 

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