Лауреати Нобелівської премії Андрій Гейм і Костянтин Новосьолов та їх колеги з Великобританії, Нідерландів, Японії, США і Росії виявили несподіваний ефект у дослідах з графеном, поміщеним у магнітне поле.

Нове явище підвищує шанси на те, що графен буде застосовуватися в спінтронних пристроях, що використовують для подання інформації не тільки заряд, але і спін частинок. Зараз ученим, які займаються спінтроніки, доводиться експериментувати з досить складними двоелементний структурами, одна частина яких – магнітний матеріал – грає роль джерела поляризованих по спину електронів.

Набагато зручніше працювати з матеріалом, який поєднує гарні електронні і магнітні властивості. Багато хто вже зараз називають графен, що має відмінну теплопровідність і високу рухливість носіїв заряду, майбутньої основою електроніки, а результати нових експериментів говорять про те, що двовимірну модифікацію вуглецю можна використовувати і для маніпулювання спінові струмом.

Мікрофотографія графенового зразка з електродами і схема вимірювань. Чорними стрілками показаний зарядовий струм, червоної та синьої – перпендикулярні йому спінові струми. (Ілюстрація Science / AAAS.)

Зареєструвати обговорюваний ефект досить просто. Автори підготували кілька графенових зразків, розташованих прямо на підкладці з діоксиду кремнію або на гексагонально нітриді бору, розміщеному на SiO2, і пропускали струм між двома електродами (на малюнку вище – 2 і 6), які перебували на аркуші графена на відстані близько одного мікрометра один від одного. У декількох мікрометрів від цієї ділянки листа була розташована інша пара електродів (3 і 5), використана для вимірювання падіння напруги. У звичайному випадку результат вимірювань був близький до нульового, але при включенні зовнішнього магнітного поля ситуація, як виявилося, різко змінюється.

Те, що відбувається фізики пояснюють тим, що магнітне поле за рахунок зеєманівське розщеплення створює певний надлишок електронів зі спіном «нагору» і дірок зі спіном «вниз». При пропущенні струму в справу вступає сила Лоренца, дія якої створює перпендикулярні йому і протилежно спрямовані спінові струми. Розгромна асиметричність розподілу спінів досягає віддалених від вихідного зарядового струму областей і впливає на вимірюваний сигнал.

Звичайно, експериментатори не можуть стверджувати, що все відбувається саме так, і в графені дійсно народжується спіновий струм; за словами учасника дослідження Леоніда Левітова, всі інші моделі просто виявилися менш переконливими.

У трактуванні авторів виявлений ними ефект, зауважимо, несклько нагадує спіновий ефект Холлла. Останній, проте, має іншу фізичну основу (спін-орбітальна взаємодія) і не потребує зовнішнього магнітного поля.

За матеріалами: Манчестерського університету

Tweet

Заможні регіони: Для чого насправді Потрібні вибори?