Лауреаты Нобелевской премии Андрей Гейм и Константин Новосёлов и их коллеги из Великобритании, Нидерландов, Японии, США и России обнаружили неожиданный эффект в опытах с графеном, помещённым в магнитное поле.

Новое явление повышает шансы на то, что графен будет применяться в спинтронных устройствах, использующих для представления информации не только заряд, но и спин частиц. Сейчас учёным, занимающимся спинтроникой, приходится экспериментировать с достаточно сложными двухэлементными структурами, одна часть которых — магнитный материал — играет роль источника поляризованных по спину электронов. Пример такого устройства, «спинового» светодиода, мы рассматривали в пятницу.

Гораздо удобнее работать с материалом, сочетающим хорошие электронные и магнитные свойства. Многие уже сейчас называют графен, имеющий отличную теплопроводность и высокую подвижность носителей заряда, будущей основой электроники, а результаты новых экспериментов говорят о том, что двумерную модификацию углерода можно использовать и для манипулирования спиновым током.

Микрофотография графенового образца с электродами и схема измерений. Чёрными стрелками показан зарядовый ток, красной и синей — перпендикулярные ему спиновые токи. (Иллюстрация Science / AAAS.)

Зарегистрировать обсуждаемый эффект достаточно просто. Авторы подготовили несколько графеновых образцов, расположенных прямо на подложке из диоксида кремния или на гексагональном нитриде бора, размещённом на SiO₂, и пропускали ток между двумя электродами (на рисунке выше — 2 и 6), которые находились на листе графена на расстоянии около одного микрометра друг от друга. В нескольких микрометрах от этого участка листа была расположена другая пара электродов (3 и 5), использованная для измерения падения напряжения. В обычном случае результат измерений был близок к нулевому, но при включении внешнего магнитного поля ситуация, как оказалось, резко изменяется.

Происходящее физики объясняют тем, что магнитное поле за счёт зеемановского расщепления создаёт некоторый избыток электронов со спином «вверх» и дырок со спином «вниз». При пропускании тока в дело вступает сила Лоренца, действие которой создаёт перпендикулярные ему и противоположно направленные спиновые токи. Появившаяся асимметричность распределения спинов достигает отдалённых от исходного зарядового тока областей и влияет на измеряемый сигнал.

Конечно, экспериментаторы не могут утверждать, что всё происходит именно так, и в графене действительно рождается спиновый ток; по словам участника исследования Леонида Левитова, все остальные модели просто оказались менее убедительными.

В трактовке авторов обнаруженный ими эффект, заметим, несколько напоминает спиновый эффект Холлла. Последний, однако, имеет другую физическую основу (спин-орбитальное взаимодействие) и не требует внешнего магнитного поля.

Наглядное представление зарядового (зелёные стрелки) и спиновых токов в графене (иллюстрация Science / AAAS).

Полная версия отчёта опубликована в журнале Science; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Манчестерского университета

Читайте также:Создано гибридное спинтронное устройство

Источник: http://science.compulenta.ru/605629/