Графен и 2D материалы могут вывести электронику за пределы «закона Мура»

Графен и 2D материалы могут вывести электронику за пределы «закона Мура»

Команда исследователей, базирующаяся в Манчестере, Нидерландах, Сингапуре, Испании, Швейцарии и США, опубликовала новый обзор в области разработки компьютерных устройств, известной как спинтроника, в которой графен может использоваться в качестве строительного блока для электроники следующего поколения.

Недавние теоретические и экспериментальные достижения и явления в исследованиях электронного спинового транспорта в графене и связанных с ним двумерных (2D) материалах стали интересной областью исследований и разработок.

Spintronics представляет собой комбинацию электроники и магнетизма в наноразмерном масштабе и может привести к созданию высокоскоростной электроники следующего поколения. Устройства Spintronic являются жизнеспособной альтернативой для наноэлектроники, выходящей за рамки закона Мура, предлагая более высокую энергоэффективность и меньшее рассеивание по сравнению с обычной электроникой, которая зависит от зарядных токов. В принципе, у нас могут быть телефоны и планшеты, работающие на спиновых транзисторах и памяти.

Как опубликовано в журнале APS Journal of Modern Physics , обзор фокусируется на новых перспективах, предоставляемых гетероструктурами и их возникающими явлениями, включая эффекты спин-орбиты с возможностью близости, связь спина со светом, электрическую перестраиваемость и 2D-магнетизм.

Обычный человек уже сталкивается со спинтроникой в ​​ноутбуках и ПК, которые уже используют спинтронику в виде магнитных датчиков в считывающих головках жестких дисков. Эти датчики также используются в автомобильной промышленности.

Spintronics – это новый подход к разработке электроники, где устройства памяти (RAM) и логические устройства (транзисторы) реализованы с использованием «вращения», которое является основным свойством электронов, которые заставляют их вести себя как крошечные магниты, а также электронный заряд.

Доктор Иван Вера Марун, лектор по физике конденсированных сред в Университете Манчестера, сказал: «Непрерывный прогресс в графеновой спинтронике и, в более широком смысле, в 2D гетероструктурах, привел к эффективному созданию, переносу и обнаружению спиновой информации с использованием эффектов, ранее недоступных графену одному.

«Поскольку усилия по фундаментальным и технологическим аспектам продолжаются, мы полагаем, что баллистический спиновый транспорт будет реализован в 2D-гетероструктурах даже при комнатной температуре. Такой транспорт позволил бы на практике использовать квантово-механические свойства волновых функций электронов, приводя спины к 2D материалы на службу будущих подходов квантовых вычислений “.

Контролируемый спиновый транспорт в графене и других двумерных материалах становится все более перспективным для применения в устройствах. Особый интерес представляют нестандартные гетероструктуры, известные как гетероструктуры Ван-дер-Ваальса, которые состоят из стопок двумерных материалов в точно контролируемом порядке. В этом обзоре дается обзор этой развивающейся области графеновой спинтроники и описывается экспериментальное и теоретическое состояние техники.

Миллиарды устройств спинтроники, таких как датчики и память, уже производятся. Каждый жесткий диск имеет магнитный датчик, который использует поток спинов, и чипы с магнитной памятью с произвольным доступом (MRAM) становятся все более популярными.

За последнее десятилетие были получены захватывающие результаты в области графеновой спинтроники, которая переросла в следующее поколение исследований, распространяющихся на новые двумерные (2D) соединения.

С момента своей изоляции в 2004 году графен открыл двери для других 2D материалов. Затем исследователи могут использовать эти материалы для создания стопок 2D-материалов, называемых гетероструктурами. Их можно комбинировать с графеном для создания новых «дизайнерских материалов» для создания приложений, изначально ограниченных научной фантастикой.

Профессор Франсиско Гвинея, соавтор статьи, сказал: «Область спинтроники, свойства и манипуляции со спинами в материалах позволили выявить ряд новых аспектов в поведении твердых тел. Изучение фундаментальных аспектов движения спина перенос электронов является одним из наиболее активных полей в физике конденсированного состояния “.

Идентификация и характеристика новых квантовых материалов с нетривиальными топологическими электронными и магнитными свойствами интенсивно изучаются во всем мире после разработки в 2004 году концепции топологических изоляторов. Спинтроника лежит в основе этого поиска. Благодаря своей чистоте, прочности и простоте, двухмерные материалы являются лучшей платформой, где можно найти эти уникальные топологические особенности, которые связаны с квантовой физикой, электроникой и магнетизмом ».

В целом, область спинтроники в графене и связанных с ним двумерных материалах в настоящее время движется в направлении демонстрации практических графеновых спинтронных устройств, таких как связанные нано-генераторы, для применений в областях космической связи, высокоскоростных радиолиний, радиолокационных транспортных средств и межчиповых коммуникаций.

Передовые материалы – один из маяков исследовательского университета Манчестера – примеры новаторских открытий, междисциплинарного сотрудничества и межсекторного партнерства, которые решают некоторые из самых больших вопросов, стоящих перед планетой. #ResearchBeacons


Источник истории:

Материалы предоставлены Манчестерским университетом . Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.


Ссылка на журнал :

  1. А. Авсар, Х. Очоа, Ф. Гвинея, Б. Озилмаз, Б. Дж. Ван Вис, И. Дж. Вера-Марун. Коллоквиум: спинтроника в графене и других двумерных материалах . Обзоры современной физики , 2020; 92 (2) DOI: 10.1103 / RevModPhys.92.021003