Une structure en graphène hybride pour des appareils peu énergivores
En utilisant le spin électronique comme méthode de codage des données, la spintronique laisse entrevoir la possibilité d'une technologie de traitement et de stockage des données rapide, peu énergivore et compacte. Les méthodes computationnelles représentent une science en plein essor pouvant être exploitée pour la conception de matériaux novateurs destinés aux systèmes spintroniques. Les modèles atomiques de principe sont au cœur du projet GRAFIEST (Graphene-ferroelectric interface for electronic and spintronic technologies). Grâce à une capacité élevée de transport de spin sur des longueurs de diffusion relativement grandes, le graphène offre de belles promesses dans le secteur de la spintronique. L'équipe GRAFIEST a utilisé des méthodes de principe pour démontrer la possibilité de produire une structure de bande en graphène sur un substrat adapté. Excellent conducteur, le graphène ne peut pas réaliser d'opérations logiques ni stocker d'informations sans structure de bande. Par le passé, les matériaux alliant la ferroélectricité et le magnétisme avaient été proposés comme éléments fondamentaux des appareils spintroniques. Toutefois, la ferroélectricité et le magnétisme ont souvent été exclusifs ou mal couplés. Une autre méthode de production des appareils spintroniques consistait à exploiter les propriétés uniques de transport et électroniques du graphène ou des nanotubes de carbone. Mais une longueur importante de diffusion du spin implique souvent un couplage limité du spin et de l'orbite, ce qui limite la possibilité de manipuler les électrons grâce à un champ appliqué externe. Sur la base de la théorie fonctionnelle de la densité, l'équipe GRAFIEST a démontré que le placement du graphène sur un matériau magnéto-électrique multiferroïque permettait de venir à bout des restrictions lors de l'utilisation de ces seuls matériaux. Les scientifiques ont constaté que la vitesse des deux types de porteur différait, ce qui montre bien que le transport dépend du spin. La découverte majeure l'induction par la polarisation du spin du substrat isolant d'une magnétisation considérable du réseau de carbone. Les données des appareils spintroniques à base de graphène pourraient dès lors être encodées sans courant, le cas échéant par un champ magnétique, ce qui ferait de l'informatique à faible consommation d'énergie une réalité. Selon l'orientation relative du graphène et du substrat, le système hybride s'est comporté comme un injecteur de spin avec un degré de polarisation du spin de 100 %, ou tel un semi-conducteur magnétique. La compréhension de l'injection et du transport de spin est essentielle à l'optimisation des appareils électriques et à la conception de nouvelles architectures. Sur cette base, le projet GRAFIEST a largement contribué aux secteurs nano-électronique et spintronique.
Mots‑clés
Graphène, transistors, spintronique, structure de bande, électronique, magnéto-électrique
