کشف تاثییر هم‌افزایی لایه‌های گرافن، کبالت و ایریدیم بر خواص اسپین-اوربیتال_سیاه پوش

اسپین‌تروینیک، به گفتن یک حوزه نوظهور در علم مواد، به بازدید و منفعت‌برداری از خواص اسپینی الکترون‌ها در دستگاه‌های الکترونیکی می‌پردازد. این رویکرد نوآورانه، نویدبخش گسترش دستگاه‌هایی با شدت و بازده انرژی بالاتر نسبت به نسل جاری نیمه‌رساناها است.

به نقل از دپارتمان اخبار علمی رسانه فناوری تکنا، یکی از مواد زیاد مورد دقت در حوزه اسپین‌تروینیک، گرافن است. ساختار دوبعدی و خواص الکترونیکی بی همتا گرافن، آن را به یک بستر مناسب برای مطالعه و کنترل اسپین الکترون‌ها تبدیل کرده است. با این حال، برای بهبود کارکرد دستگاه‌های اسپین‌تروینیکی مبتنی بر گرافن، نیاز به تحکیم برهم‌کنش‌های اسپینی در این ماده است. مطالعات تازه نشان داده‌اند که با تشکیل لایه‌های نازک از فلزات سنگین همانند ایریدیم بر روی گرافن، می‌توان برهم‌کنش اسپین-اوربیت را در این ماده تحکیم کرد. این برهم‌کنش، به علت برهم‌کنش بین اسپین الکترون‌ها و حرکت مداری آن‌ها، نقش مهمی در کنترل اسپین الکترون‌ها ایفا می‌کند.

اما پژوهشگران یک قدم فراتر نهاده‌اند و با قرار دادن لایه‌های نازک از کبالت بین گرافن و ایریدیم، به نتایج شگفت‌انگیزی دست یافته‌اند. این ترکیب لایه‌ها، تبدیل تحکیم قابل دقت برهم‌کنش‌های اسپینی در گرافن شده است. به عبارت دیگر، لایه‌های کبالت به گفتن واسطه‌ای عمل کرده و برهم‌کنش بین گرافن و ایریدیم را تحکیم می‌کنند.

یکی از نتایج مهم این پژوهش، راه اندازی بافت‌های اسپینی گردابی موسوم به اسکایرمیون‌ها در این ساختار چندلایه است. اسکایرمیون‌ها، ذرات شبه‌ذره‌ای می باشند که از نظر پایداری و قابلیت کنترل، زیاد مورد دقت محققان در حوزه اسپین‌تروینیک قرار دارند. برای بازدید دقیق‌تر این اتفاق، محققان از تکنیک طیف‌سنجی نشر فوتوالکترون با تفکیک اسپینی (SPIN-ARPES) منفعت گیری کردند. نتایج این آزمایش‌ها نشان داد که برهم‌کنش بین گرافن و ایریدیم، از طریق لایه‌های کبالت تحکیم شده است. این چنین، همانند‌سازی‌های نظری نیز این نتایج را قبول کردند.

یافته‌های این پژوهش مشخص می کند که با مهندسی دقیق ساختارهای چندلایه مبتنی بر گرافن، می‌توان به خواص اسپینی دلخواه دست یافت. این دستاورد، گامی مهم در جهت گسترش نسل جدیدی از دستگاه‌های اسپین‌تروینیکی با کارایی بالا محسوب می‌بشود. دستگاه‌هایی که بر پایه این اصل ساخته خواهد شد، می‌توانند در حوزه‌های مختلفی همانند محاسبات کوانتومی، ذخیره‌سازی داده‌ها و حسگرها کاربرد داشته باشند.