Графен володіє магнітними властивостями, може стати основою спинтронных і електронних пристроїв майбутнього
Дослідникам з Інституту нанотехнологій IMDEA і двох мадридських університетів, університету Autonoma і Complutense, вдалося надати графену магнітні властивості. Це дає графену, матеріалу, що володіє багатьма унікальними властивостями, такими як висока електрична провідність, механічна міцність і деякі оптичні властивості, ще одна з фундаментальних властивостей - властивість магнетизму. Володіння новим властивістю відкриває графену дорогу в область спинтронных пристроїв, що використовують для зберігання і обробки інформації напрямок обертання електронів, їх спина.
На відміну від досліджень, проведених групою вчених, у результаті яких графен також придбав магнітні властивості, іспанські вчені пішли по іншому шляху. Вони не стали вносити зміни і сторонні атоми в структуру матеріалу, замість цього їм вдалося створити гібридну складну поверхню на якій графен починає демонструвати магнітні властивості.
У звичайному стані всі електрони атомів, з яких складається графен, мають спинами, напрямком обертання, що мають випадкове значення. Але, для того, щоб матеріал набув магнітні властивості потрібно, щоб спини всіх або більшої частини його електронів мали одне і те ж значення. І саме тільки магнітні матеріали можуть використовуватися для створення спинтронных пристроїв, пристроїв, що використовують для передачі, зберігання і обробки інформації не тільки електричний заряд переміщуються електронів, але і їх обертання.
Оскільки напрямок обертання електронів може приймати безліч фіксованих значень, його використання дозволяє додати ще мінімум два логічних стану до елементарної одиниці логічних даних, біту. Таким чином значно збільшуються швидкість обробки інформації та даних, які зберігаються на спинтронных пристроях, що може знайти масу застосувань в таких обастях, як телекомунікації, обчислення, енергетика і медицина.
Для того, щоб "намагнітити" графен, іспанські дослідники поєднали в рамках одного пристрою нанотехнології та принципи квантової механіки. Дослідники використовували графен високої чистоти, графен, кристалічна решітка якого не має дефектів. Цей графен був покритий плівкою рутенію і поміщений в камеру з глибоким вакуумом. У цій камері методом вакуумного напилення на поверхню графена були обложені молекули полуорганического з'єднання TCNQ (tetracyano-p-quinodimethane). TCNQ - це з'єднання, яке при наднизьких температурах та інших визначених умовах має яскраво виражені напівпровідникові властивості.
Використовуючи скануючий тунельний мікроскоп вчені досліджували поверхню графену і виявили, що органічні молекули TCNQ самостійно розподілилися рівномірно і в певному порядку по поверхні графену, це сталося, на їхню думку через електронних взаємодій молекул з поверхнею графена-рутенія.
Проведені подальші дослідження показали, що молекули TCNQ не взаємодіють безпосередньо з графеном, але їх присутність є фактором, який впорядковує спини електронів, які рухаються через графеновий шар. Ці молекули, які беруть участь у перенесення електричного заряду, служать чимось на зразок "вирівнювача" спина, всі електрони, які проходять через них, на виході мають строго певний спін, що дає графену досить сильні магнітні властивості, які можна буде використовувати в спинтронных пристроях, які у майбутньому прийдуть на зміну традиційним електронних пристроїв.