Физики из Нидерландов, США, Японии и Китая впервые обнаружили в графене устойчивый спиновый ток — поток спинов электронов, который возникает без движения электрического заряда. Самое важное: для этого не понадобилось внешнее магнитное поле, а сам эффект работает при комнатной температуре. Такой результат считается одним из ключевых шагов к созданию спинтронных схем, которые могут стать быстрее и энергоэффективнее привычной электроники.
В обычном графене такой эффект невозможен. Однако в эксперименте учёные использовали особую конструкцию — так называемую гетероструктуру. Это два тонких материала, уложенных друг на друга: графен и кристалл под названием CrPS4, состоящий из хрома, фосфора и серы. Этот материал обладает внутренними магнитными свойствами. Когда графен оказался на нём, между слоями возникло взаимодействие, которое «передало» графену нужные свойства: слабое намагничивание и спин-орбитальную связь. Благодаря этому в графене появился спиновый эффект Холла — явление, при котором электроны с разными спинами отклоняются в разные стороны, формируя чистый спиновый ток.
Эксперимент проводился с помощью системы контактов, которые вводят ток в одной точке, а измеряют напряжение в другой, удалённой. Такой подход позволяет отличить обычный ток от спинового. Учёные увидели, что в образце возникал поперечный сигнал, который нельзя объяснить движением заряда — он соответствовал чистому потоку спинов. Этот эффект проявлялся даже при температуре 300 К (примерно 27?°C) и без применения магнитов.
Кроме того, в тех же образцах наблюдался так называемый аномальный эффект Холла — когда возникает поперечный зарядовый ток из-за внутреннего намагничивания.
Это подтверждает, что подложка действительно «намагнитила» графен, создав условия для спинового эффекта Холла. Оба эффекта работали одновременно, что делает конструкцию особенно ценной для спинтроники.До сих пор подобные явления в графене удавалось получить только при очень низких температурах или в сильном магнитном поле. Теперь же всё работает при комнатной температуре и без внешнего воздействия, что открывает возможность для использования таких материалов в обычных условиях — например, внутри микросхем.
По словам авторов, их структура — одна из первых, где топологические свойства (то есть устойчивые к дефектам потоки спинов) сочетаются с магнитными и работают без охлаждения. Это может стать основой для новых устройств: спинтронных логических элементов, энергоэффективной памяти и компонентов для квантовой электроники.
Дальнейшие шаги включают проверку, можно ли управлять спиновыми токами с помощью напряжения, как интегрировать такие структуры в чипы и как добиться стабильной работы при массовом производстве. В перспективе это может привести к созданию электроники, где информация будет передаваться не электричеством, а направлением спина — быстрее и с меньшими энергозатратами.
Свежие комментарии