Hybride Graphenstruktur ermöglicht energiearme Geräte
Mit Hilfe von Elektronenspin als Kodierungsverfahren für Daten ebnet Spintronik den Weg zu super schnellen, energiearmen und kleineren Geräte in der Informationsverarbeitung und Speichertechnologie. Rechenmethoden sind eine wachsende Wissenschaft, die für die Gestaltung von innovativen Materialien für Spintronik-Geräte genutzt werden können. Die Verwendung von First-Principle-Modellierung auf atomarer Skala war das Herzstück des Projekts GRAFIEST(öffnet in neuem Fenster) (Graphene-ferroelectric interface for electronic and spintronic technologies). Aufgrund seiner Kapazität für hohen Spintransport über längere Diffusionslängen, ist Graphen vielversprechend für Spintronik-Anwendungen. Durch die Verwendung von First-Principle-Verfahren demonstrierte das Team von GRAFIEST die Möglichkeit, eine elektronische Bandlücke in Graphen zu erzeugen, indem es dies auf ein geeignetes Substrat aufträgt. Als ausgezeichneter Leiter kann Graphen ohne Bandlücke keine logischen Operationen ausführen und Informationen speichern. In der Vergangenheit wurden Materialien als Grundbausteine für Spintronik-Geräte vorgeschlagen, die eine Kopplung zwischen Ferroelektrizität und Magnetismus machen. Ferroelektrizität und Magnetismus sind jedoch oft exklusiv oder schwach in der Masse gekoppelt. Ein andere Weg zur Herstellung von Spintronik-Geräte war es, die einzigartigen elektronischen und Transporteigenschaften von Graphen oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu nutzen. Dennoch geht eine große Spindiffusionslänge oft auf Kosten der kleinen Spin-Bahn-Kopplung, was die Möglichkeit, Elektronen über ein extern angelegtes Feld zu manipulieren, einschränkt. Auf der Grundlage der Dichtefunktionaltheorie zeigte das GRAFIEST-Team, dass durch die Platzierung von Graphen auf einem magnetoelektrischen multiferroischen Material, Einschränkungen überwunden werden können, wenn diese Materialien allein genutzt werden. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Geschwindigkeit der beiden Trägertypen unterschiedlich war, was darauf hindeutet, dass es einen spinabhängigen Transport gibt. Das wichtigste Ergebnis war, dass die Spinpolarisation des isolierenden Substrats eine signifikante Magnetisierung im Kohlenstoffnetzwerk induziert. Daten in auf Graphen basierten Spintronikvorrichtungen könnten damit ohne Strom, in diesem Fall durch ein magnetisches Feld, codiert werden, wodurch ein energiearmes Rechner Wirklichkeit werden könnte. Je nach Graphen- und Substrat- Orientierung, verhielt sich das Hybrid-System als Spin-Injektor mit 100% Grad Spinpolarisation oder als magnetischer Halbleiter. Spininjektion und Spintransport zu verstehen, ist von entscheidender Bedeutung für die Optimierung aktueller Geräte und den Entwurf neuer Architekturen. In diesem Sinne trugen die Erkenntnisse von GRAFIEST wesentlich zu den Bereichen Nanoelektronik und Spintronik bei.
Schlüsselbegriffe
Graphen, Transistoren, Spintronik, Bandlücke, elektronisch, magnetoelektrisch
