Una estructura de grafeno híbrida permite obtener dispositivos de baja potencia
Utilizando el espín electrónico como método de codificación de los datos, la espintrónica allana el camino hacia dispositivos de alta velocidad, baja potencia y menor tamaño para seguir desarrollando las tecnologías de procesamiento de información y de almacenamiento. Los métodos computacionales representan una ciencia en rápida expansión que se puede aprovechar para diseñar materiales innovadores con los que construir dispositivos espintrónicos. Utilizar la modelización a escala atómica mediante el primer principio fue el objetivo principal del proyecto GRAFIEST (Graphene-ferroelectric interface for electronic and spintronic technologies). Debido a su capacidad para un transporte de espín elevado con longitudes de difusión relativamente largas, el grafeno es un material muy prometedor para las aplicaciones de espintrónica. Utilizando métodos de primer principio, el equipo de GRAFIEST demostró la posibilidad de generar una banda prohibida electrónica en el grafeno colocándolo sobre un sustrato adecuado. El grafeno es un conductor excelente y no puede llevar a cabo operaciones lógicas ni almacenar información sin una banda prohibida. En el pasado, los materiales que presentaban acoplamiento entre ferroelectricidad y magnetismo se habían propuesto como bloques constructivos fundamentales para los dispositivos espintrónicos. Sin embargo, a menudo, la ferroelectricidad y el magnetismo están acoplados de forma exclusiva o débilmente en forma masiva. Otra opción para obtener dispositivos espintrónicos es aprovechar las propiedades electrónicas y de transporte exclusivas del grafeno o los nanotubos de carbono. Aun así, a menudo, una longitud de difusión de espín grande se obtiene a costa de un acoplamiento espín-órbita pequeño, lo cual limita las posibilidades de manipular los electrones mediante un campo externo aplicado. Sobre la base de la teoría funcional de la densidad, el equipo de GRAFIEST demostró que colocar el grafeno sobre un material multiferroico magnetoeléctrico ayuda a superar las limitaciones que se encuentran al utilizar estos materiales por sí solos. Los científicos hallaron que las velocidades de los dos tipos de portadores son distintas, lo cual sugiere que hay un transporte dependiente del espín. El resultado más importante fue que la polarización del espín del sustrato aislante inducía una magnetización apreciable en la red de carbono. Así pues, los datos en dispositivos espintrónicos a base de grafeno se podrían codificar sin necesidad de corriente, en este caso mediante un campo magnético, lo cual haría realidad una computación de bajo consumo. Según la orientación relativa entre el grafeno y el sustrato, el sistema híbrido se comportaba como un inyector de espín, con un grado de polarización del espín del 100 %, o como un semiconductor magnético. Comprender la inyección de espín y el transporte de espín es esencial para optimizar los dispositivos actuales y diseñar arquitecturas nuevas. Pensando en esto, los hallazgos de GRAFIEST contribuyeron de forma muy importante a los campos de la nanoelectrónica y la espintrónica.
Palabras clave
Grafeno, transistores, espintrónica, banda prohibida, electrónica, magnetoeléctrico
