Закрученный углерод для электроники будущего

Новое научное открытие может иметь важное значение для наноэлектроных компонентов.

Ученые из Центра наноисследований в институте Нильса Бора, Копенгагенский университет, в сотрудничестве с японскими учеными показали, как электроны на тонких трубках графита демонстрируют уникальное взаимодействие  между их движением и приложенным магнитным полем — так называемый спин.

Открытие прокладывает путь к беспрецедентному контролю за спином электронов и может оказать существенное влияние на применение основанной на спине наноэлектроники.

Результаты исследовнаия были опубликованы в издании Nature Physics.

Углерод — совершенно универсальный элемент. Он является основным строительным блоком в живых организмах, а также одним из самых красивых и твердых материалов (алмаз). Также в карандашах углерод присутствует в форме графита.

У углерода есть большой потенциал использования в качестве основы для компьютеров будущего, поскольку компоненты могут изготавливаться из плоских слоев графита толщиной в один атом. Впервые ученые получили такой графит в лаборатории в 2004 году, а в прошлом году за него была вручена Нобелевская премия по физике.

Помимо напряжения все электроны обладают приложенным магнитным полем — так называемым спином. Кто-то может предположить, что все электроны переносят с собой крошечный магнит. Спин электрона обладает большим потенциалом как основа для будущих компьютерных чипов, однако их разработке до сих пор мешало то, что спином трудно управлять и измерять его.

В плоском графитовом слое движение электронов не затрагивает спин, а потому графит сначала не был очевидным кандидатом для электроники на основе спина.

Новый спин в закрученном углероде

«Наши результаты показали, что если слой графита закручен в трубку с диаметром всего несколько нанометров, спин отдельных электронов внезапно поддается влиянию движения электронов. Когда электроны в нанотрубке формируют простые круги вокруг нее, все спины в итоге поворачиваются в том же направлении, что и сама трубка», пояснили ученые Томас Санд Джесперсен и Каспер Гроув-Расмуссен из Центра наноисследований и института Нильса Бора.

Ранее ученые предположили, что это явление может иметь место лишь в случае с одинарным электроном на идеальной углеродной нанотрубке, которая плавает свободно в вакууме — достаточно трудная для понимания ситуация. Теперь результаты исследований показывают, что подобное совмещение встречается чаще с произвольным количеством электронов на углеродных трубках с дефектами и примесями, которые всегда присутствуют в реальных, а не предполагаемых условиях.

Взаимодействие между движением и спином измерялось с помощью пропущенного через нанотрубку тока, где количеством электронов можно управлять индивидуально. Два датских ученых пояснили, что им удалось показать, как можно управлять силой эффекта и даже отключить его совсем, выбрав корректное количество электронов. Открытие делает возможным целый диапазон новых возможностей для управления и применения спина.

Уникальные свойства углерода

Другие вещества, такие как золото, например, также обладают значительным влиянием на направление спина, но поскольку движение нерегулярно, достичь контроля над спином не удается. Углерод и здесь отличается от других материалов, обладая уникальными свойствами, которые столь важны для будущей наноэлектроники.

24.01.2011