Grafenas traukia spintronikos specialistų dėmesį (0)
Grafenas yra labai paprastos atominės struktūros nanomedžiaga, tačiau jo pritaikymo sritys nepaprastai plačios. Nors grafenas atrastas vos prieš ketverius metus, manoma, jog ši medžiaga yra labai realus kandidatas pakeisti šiuolaikinių elektroninių prietaisų pagrindą – silicį.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Fizikai teoretikai iš Federalinio technologijos instituto (EPFL) Lozanoje (Šveicarija) bei Neimegeno Radbaudo universiteto (Nyderlandai) atliko kelis reikšmingus skaičiavimus. Didžiausias dėmesys buvo kreiptas į grafeno pritaikymą kuriant spintronikos, arba sukinių elektronikos, įrenginius. Mokslininkai gautus rezultatus išspausdino vasario 1 d. „Physical Review Letters“ numeryje.
Šiuolaikinių technologijų veikimo pagrindas yra elektronų krūvių išnaudojimas. Tačiau elektronas pasižymi ne tik krūviu, bet ir sukiniu, kuris taip pat sėkmingai gali būti pritaikomas atlikti įvairias operacijas su informacija. Elektronikos įrenginiai, kuriuose panaudojami elektronų sukiniai, vadinami spintronikos įrenginiais. Tokie įrenginiai nėra tik tolimos ateities perspektyva, nes kai kurie iš jų jau sėkmingai įsiveržė į rinką, pavyzdžiui, nuo 1998 m. gaminami kietieji diskai, veikiantys milžiniškos magnetovaržos efekto pagrindu. Tuo tarpu netrinioji magnetovaržinė operatyvioji atmintis (MRAM) plačiai paplisti turėtų po kelerių metų. Sukinių savybių išnaudojimas leidžia tikėtis greitesnių ir mažiau energijos naudojančių kompiuterių.
Nors spintronikai reikalingos magnetinės medžiagos, pats grafenas nėra magnetikas. Tačiau kai grafeno sluoksnis yra tinkamai atskiriamas (pasitelkiant į pagalbą plačiai puslaidininkių pramonėje taikomas litografijos metodus), teoriškai elektronų sukiniai grafeno kraštuose turėtų tam tikra kryptimi orientuotis. Ši nuostabi savybė patraukė mokslininkų dėmesį, nes ji leistų sukurti naujos konstrukcijos spintronikos įrenginius.
Vis dėlto yra šioks toks neatitikimas tarp teorinių ir realių tokių įrenginių modelių. Didžiausia bėda ta, kad šie kraštuose esantys sukiniai suformuoja vienmatę sistemą. Yra žinoma, jog vienmatės sistemos labai jautrios šiluminei netvarkai, kuri sunaikina reikalingą sukinių išsidėstymą. Tiksliau sakant, vienmatis magnetas negali išlaikyti savo magnetinių savybių, jeigu temperatūra yra aukštesnė už absoliutųjį nulį. Toks entropijos nulemtas grafeno elgesys yra visiška priešingas trimatės struktūros medžiagoms (pavyzdžiui, geležiai), kurios išlaiko tikslią elektronų sukinių tvarką tol, kol pasiekiama vadinamoji Kiuri temperatūra. Ši savybė leidžia šias medžiagas naudoti kaip nuolatinius magnetus – svarbią šiuolaikinių technologijų sudedamąją dalį. Grafeno kraštuose sukiniai tvarkingai gali būti išsidėstę tik tam tikrose ribose, o tai mažina spintronikos įrenginių matmenis.
Tyrėjai iš Šveicarijos ir Nyderlandų atliko nemažai kompiuterinių išteklių reikalaujančius pirminius skaičiavimus, siekdami nustatyti magnetinio susitvarkymo sričių matmenis grafeno kraštuose. Kambario temperatūroje šių sričių, arba sukinių koreliacijos ilgio, matmenys siekė apie 1 nanometrą, o tai pačio įrenginio dydį apriboja iki kelių nanometrų. Iš pirmo žvilgsnio toks rezultatas gali pasirodyti nuviliantis, nes šnekame apie maždaug dešimtkart mažesnius matmenis už tuos, su kuriais puslaidininkių pramonėje susiduriame dabar. Tačiau, atsižvelgus į vienmatę grafeno struktūrą ir galimybę dirbti kambario temperatūroje, šiai medžiagai nėra lygių. Kitaip tariant, grafenas yra geriausia nanomastelinių savybių medžiaga.
„Mus rezultatai nuteikia optimistiškai, – pasakoja Olegas Jazyjevas (Oleg Yazyev) iš Federalinio technologijos instituto. – Dabar galime sugalvoti įvairių būdų padidinti sukinių koreliacijos ilgį grafeno kraštuose. Pavyzdžiui, šiuo metu mmėginame atlikti tinkamą grafeno kraštų cheminę modifikaciją. Tai tik pati įdomios tyrimų krypties pradžia“.
Plačiau: MokslasPlius