Grafeen lijkt veelbelovend materiaal voor spintronica

Volgens metingen van het Zernike Insitute for Advanced Materials van de Rijksuniversiteit Groningen kan grafeen de spin van elektronen bij kamertemperatuur over relatief grote afstanden vervoeren.

Spintronics is elektronica die gebruik maakt van een kwantummechanische eigenschap van elektronen die spin genoemd wordt. Deze spin kan gebruikt worden in supersnelle magnetische schakelingen en dataopslag met een ongekend hoge informatiedichtheid. Grafeen is een vorm die koolstofatomen aan kunnen nemen, waarbij ze een oppervlak vormen dat slechts één atoomlaag dik is. Deze koolstofvorm werd drie jaar geleden voor het eerst gevormd uit grafiet en kan spin nu al over relatief grote afstanden transporteren, maar volgens de onderzoekers kunnen verbeteringen in de fabrikagemethode die afstand nog een factor tien verhogen. De flinterdunne koolstoflaag zou ideaal zijn voor spintronics: tot nu toe kon spin alleen worden gemanipuleerd bij extreem lage temperaturen, zoals 85 Kelvin in het geval van silicium.

Het Zernike Instituut presenteerde zijn cijfers gisteren in het wetenschappelijke tijdschrift Nature. De onderzoekers hebben een 'spin valve' gemaakt, een samenstelling van ferromagneten en grafeen. Dit laatste materiaal is niet magnetisch. Wanneer elektronen met een bepaalde spin door het materiaal worden gestuurd, worden ze door de magneet aan de andere kant geblokkeerd als hun spin in de grafeenlaag veranderd is. Dit betekent dat de spin valve geen weerstand heeft voor elektronen met de originele spinrichting en een hoge weerstand voor elektronen die van spinrichting zijn veranderd. Uit metingen bleek dat de temperatuur vrijwel geen invloed had op dit proces: bij 4,7 Kelvin presteerde de schakeling niet noemenswaardig beter dan bij 77 en 300 Kelvin. Het praktische gebruik van spintronics is met deze bij kamertemperatuur werkende schakeling weer een stapje dichterbij gekomen.