09/05/2013 - Magnetisches Potenzial für Graphen, eine neue Tür zur Elektronik der Zukunft

Menéame

Forscher Institut Imdea-Nanowissenschaften und Universitäten Autonome und Complutense de Madrid Sie haben es geschafft, das Grafen mit magnetischen Eigenschaften auszustatten. Der Fortschritt, der die Zeitschrift veröffentlicht Nature Physics, öffnet die Tür für die Entwicklung von Geräten spintronische Grafen, d. h. auf der Grundlage des Elektronspins oder der Elektrondrehung, was die Elektronikindustrie verändern kann.

Die Wissenschaftler wussten bereits, dass Grafen, ein unglaubliches Material, das aus einem sechseckigen Kohlenstoffnetz besteht, außergewöhnliche leitfähige, mechanische und optische Eigenschaften aufweist. Jetzt kann man ihm noch einen geben: den Magnetismus, was einen großen Fortschritt in der Elektronik bedeutet.

Das zeigt die Studie, die ein Team des Madrilienischen Instituts für Fortgeschrittene Studien in Nanowissenschaften (Imdea-Nanociencia) und der autonomen und Complutense-Universitäten in Madrid gerade in der Zeitschrift Nature Physics. Die Forscher haben es geschafft, mit diesem Material eine hybride Oberfläche zu schaffen, die sich wie ein Magnet verhält.

Computerisierte Simulation von TCNQ-Molekülen auf der Grafenschicht, wo sie eine magnetische Reihenfolge erwerben. / Imdea-Nanowissenschaften

"Obwohl Wissenschaftler aus aller Welt bisher große Anstrengungen unternommen haben, war es nicht möglich, die notwendigen magnetischen Funktionen für die Entwicklung einer Grafen-basierten Spintronie hinzuzufügen, aber diese Ergebnisse öffnen die Tür zu dieser Möglichkeit," betont Rodolfo Miranda, Direktor von Imdea-Nanociencia und verantwortlich für die Forschung.

La Spintron Es basiert auf der Ladung des Elektrons - wie der traditionellen Elektronik -, aber auch auf seinem Spion. Das kann man sich vorstellen, wie das Drehen eines Elektrons, das seinen magnetischen Moment bestimmt. Ein Material ist magnetisch, wenn die meisten Elektronen denselben Spion haben.

Da der Sphin zwei Werte annehmen kann, fügt seine Verwendung zwei weitere Zustände der traditionellen Elektronik hinzu. Dadurch werden sowohl die Datenverarbeitungsrate als auch die Datenmenge, die auf elektronischen Geräten gespeichert werden kann, mit Anwendungen in Bereichen wie Telekommunikation, Informatik, Energie und Biomedizin multipliziert.

Um eine Graphen-basierte Spintronik zu entwickeln, war die Herausforderung, dieses Material "magnetisch" zu machen, und die Forscher aus Madrid haben den Weg gefunden, indem sie in die Nano- und Quantenwelt hinabstiegen.

Die Technik besteht darin, eine Grafenschicht auf einem Metallglas aus Ruthenium innerhalb einer Ultra-Vakuumkammer. Dann verdampfen sie über organische Tetracyanmoleküle...p-Chinodimethan (TCNQ), ein gasförmiger Stoff, der bei niedrigen Temperaturen wie ein Halbleiter wirkt.

Die Wissenschaftler waren überrascht, als sie die Ergebnisse mit einem starken Tunneleffektmikroskop beobachteten: Die organischen Moleküle wurden allein organisiert und in regelmäßigen Abständen durch elektronische Interaktion mit dem Grafen-Rutenium-Substrat verteilt.

 "Wir haben experimentell festgestellt, dass die Struktur der TCNQ-Moleküle auf dem Grafen eine lange magnetische Ordnung - auf der ganzen Oberfläche - mit Elektronen in verschiedenen Bändern nach ihrem Sphin - erwirbt," sagt Amadeo L. Vázquez de Parga, ein weiterer Autor.

Durch Modellierungsstudien hat sich gezeigt, dass Grafen diese magnetische Periodizität der TCNQ-Moleküle fördert. Obwohl sie nicht direkt mit ihnen interagiert, ermöglicht sie doch eine sehr effiziente Lastübertragung zwischen diesen und dem metallischen Substrat.

Das Ergebnis ist eine neue Magnetschicht auf der Grundlage von Grafen, die die Möglichkeit eröffnet, Geräte zu erstellen, die bereits als Material der Zukunft angesehen wurden, die aber jetzt auch magnetische Funktionen haben kann.

Bibliographische Referenz:

Manuela Garnica, Daniele Stradi, Sara Barja, Fabian Calleja, Cristina Díaz, Manuel Alcamí, Nazario Martín, Amadeo L. Vázquez de Parga, Fernando Martín, Rodolfo Miranda. “Long-range magnetic order in a purely organic 2D layer adsorbed on epitaxial grapheme”. Nature Physics, 28. April 2013. Doi:10.1038/nphys2610.

Diese Arbeit ist das Ergebnis der Dissertation von Manuela Garnica, der Hauptautorin der Arbeit, an der Autonomen Universität Madrid und Imdea-Nanociencia, einer der wenigen Orte der Welt mit Postgraduiertenprogrammen in Grafen.

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Imdea-Nanowissenschaft/SINC

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