 Исследователи Технологического университета Чалмерса обнаружили, что большая площадь графеновой поверхности способна сохранять спин электрона в течение длительного периода и направлять его на большие расстояния, чем было известно ранее. Это открытие дает новый толчок к развитию спинтроники и позволит изготавливать более быстрые и энергоэффективные процессоры и памяти в компьютерах.
«Мы считаем, что эти результаты привлекут много внимания в научном сообществе и позволят применять графен в качестве одного из компонентов спинтроники», говорит Сарой Даш, руководящий исследовательской группой Технологического университета Чалмерса.
Спинтроника основана на квантовом состоянии электронов, и данная технология уже используется в современных жестких дисках для хранения данных и магнитной памяти случайного доступа. Но информации на основе спина достаточно перемещаться всего лишь на несколько нанометров, или миллионных долей миллиметра. Что является вполне удачным, потому что спин является особенностью в электронах, которые в большинстве материалов являются чрезвычайно недолговечными и хрупкими.
Тем не менее, существуют значительные преимущества в использовании спина в качестве носителя информации, вместо электрических зарядом или в дополнение к ним. Спинтроника может процессоры более быстрыми и энергоэффективными, чем они являются сегодня в настоящее время.
Графен является перспективным кандидатом для расширенного использования спинтроники в индустрии электроники. Тонкие пленки углерода не только являются отличный электрический проводником, но и теоретически имеют редкую способность поддерживать электроны без воздействия на спин.
«Ожидается, что в будущих компонентах на основе спина электроны должны иметь возможность перемещаться на несколько десятков микрометров, при этом оставляя спины в выровненном состоянии. Металлы, такие как алюминий или медь, не имеют возможности для подобной работы. Графен, как представляется, является единственным возможным материалом в настоящее время», говорит Сарой Даш.
В настоящее время, графен серийно производится на нескольких компаниях, использующих целый ряд различных методов, каждый из которых находятся в ранней стадии развития. Проще говоря, что высокое качество графена может быть получено только в очень мелких кусочках, в то время как более крупный графен производится таким образом, что качество является либо лишком низким, либо имеет другие недостатки с точки зрения электронной промышленности.
Но общее предположение уже подставляется под сомнение выводами, представленными исследовательской группой в Чалмерсе. Они проводили свои эксперименты, используя CVD графена, который производится через химическое осаждение из паровой фазы. Данный метод придает графену много неровностей, шероховатостей и другие дефекты.
Но он также имеет и преимущества – он дает хорошие перспективы для производства графена большей площади в промышленном масштабе. CVD графен также могут быть легко удален из медной фольги, на которой он растет и поднимается на кремниевой пластине, являющейся стандартным материалом полупроводниковой промышленности.
Хотя качество материала далеко от совершенства, исследовательская группа теперь может показать параметры спин, которые являются в шесть раз выше, чем ранее сообщалось по CVD графену на аналогичной подложке.
«Наши измерения показывают, что сигнал спина сохраняется в графеновых каналах, имеющих длину до 16 мкм. Продолжительность, при которой спины оставались выровненными была измерена на чуть больше наносекунды», говорит исследователь Венката Камалакар. «Это является перспективой, поскольку исследование предполагает, что параметры спина могут быть дополнительно улучшены по мере разработки способа изготовления.
То, что исследователи сосредоточились на том, как далеко может быть передан спиновый ток, не следует рассматривать как просто передачу информации в новом материале или замену металлов или полупроводников графеном. Вместо этого, целью исследования является нахождение совершенно нового способа выполнения логических операций и хранения информации. В случае успеха новая концепция поднимет цифровую технологию за пределы текущей зависимости от полупроводников.
«Графен является хорошим проводником и не имеет запрещенных зон. Но в спинтронике нет необходимости запрещенной зоны для переключения между включением и выключением, единицей и нулем. Вместо этого, контроль осуществляется ориентацией спинов электрона вверх или вних», объясняет Сарой Даш объясняет.
Краткосрочная целью в настоящее время является построение логического компонента, который, подобно транзистору, будет составлен из графена и магнитных материалов.
Заменит ли полностью спинтроника полупроводниковую технологию – вопрос, являющийся по-прежнему открытым. Еще по-прежнему остается много исследований. Но графен, с его прекрасными спиновыми способностями проводимости, с высокой вероятностью будет включен в этот контекст.
|
