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Futuro prometedor del grafeno en dispositivos de espintrónica

Actualidad Informática. Futuro prometedor del grafeno en dispositivos de espintrónica. Rafael Barzanallana

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han descubierto que una superficie grande de grafeno es capaz de preservar el espín electrónico durante un período prolongado, y  comunicarlo a mayores distancias que antes se habían conocido.  Esto ha abierto la puerta para el desarrollo de la espintrónica, con el objetivo de fabricar memorias más rápidas de alta eficiencia energética los procesadores de las ordenadores. Los resultados serán publicados en la revista Nature Communications .

«Creemos que estos resultados atraerán mucha atención en la comunidad de investigación y pondrán el grafeno en el mapa de aplicaciones en componentes de espintrónica«, dice Dash Saroj, que lidera el grupo de investigación de la Universidad Tecnológica Chalmers.

La espintrónica se basa en el estado cuántico de los electrones, y la tecnología ya está siendo utilizad en discos duros avanzados para el almacenamiento de datos y acceso a memoria magnética aleatoria. Pero en estos caso la información basada en el espín sólo necesita moverse unos pocos nanómetros, o millonésimas de milímetro. ¿Qué es una suerte, porque el espín es una propiedad de electrones que en la mayoría de los materiales es muy efímera y frágil.

Sin embargo, existen grandes ventajas en la explotación del espín como un portador de información, en lugar de, o además de las cargas eléctricas. La espintrónica podrían lograr procesadores significativamente más rápidos y con menos consumo de energía que en la actualidad.

El grafeno es un candidato prometedor para ampliar el uso de la espintrónica en la industria electrónica. La película fina de carbono no sólo es un excelente conductor eléctrico, sino también tiene teóricamente la rara habilidad de mantener los electrones con el espín intacto.

«En futuros componentes basados ??en el espín, se espera que los electrones sean capaces de viajar varias decenas de micrómetros con sus espines alineados. Metales, tales como aluminio o cobre, no tienen la capacidad de manejar esto. Grafeno parece ser el único material posible en este momento«, dice Saroj Dash.

Hoy en día, el grafeno se produce comercialmente por unas pocas empresas que utilizan una serie de métodos diferentes, todos los cuales se encuentran en una fase temprana de desarrollo.

En pocas palabras, se podría decir que el grafeno de alta calidad solo se puede obtener en trozos muy pequeños, mientras que las grandes superficies de grafeno se producen de forma que la calidad es demasiado baja o tiene otros inconvenientes desde el punto de vista de la industria electrónica.

Pero esa suposición general está siendo seriamente cuestionada por los resultados presentados por el grupo de investigación de Chalmers. Han llevado a cabo sus experimentos utilizando grafeno CVD, que se produce a través de deposición de vapor químico. El método da al grafeno muchas  arrugas, aspereza y otros defectos.

Pero también tiene ventajas: Hay buenas perspectivas para la producción de grandes superficies de a escala industrial. El grafeno CVD también se puede quitar fácilmente de la lámina de cobre sobre la que crece y se levanta sobre una oblea de silicio, que es el material estándar de la industria de los semiconductores.

Aunque la calidad del material está lejos de ser perfecta, el grupo de investigación muestra los parámetros de espín que son hasta seis veces más altos que los reportados previamente para el grafeno CVD sobre un sustrato similar. «Nuestras mediciones muestran que la señal de espín se conserva en los canales de grafeno que son de hasta 16 micrómetros de largo. La duración durante el cual los espines permanecen alineados se ha medido y es más de un nanosegundo«, dice Chalmers, quien es el primer autor del artículo .

«Esto es prometedor«, ya que sugiere que los parámetros del espín se pueden mejorar aún más a medida que desarrollamos el método de fabricación.

Los investigadores se están centrando en qué medida la corriente de espín se puede comunicar, por ejemplo en un nuevo material o el reemplazo de metales o semiconductores con grafeno. El objetivo, más bien es una forma completamente nueva de realizar operaciones lógicas y almacenamiento de información. Un concepto que, de tener éxito, llevaría la tecnología digital un paso más allá de la actual dependencia de los semiconductores.

«El grafeno es un buen conductor y no tiene huecos de la banda. Pero en espintrónica no hay necesidad de intervalos de banda para cambiar entre encendido y apagado, uno y cero. Esto es controlado por las orientaciones arriba o abajo de los espines de los de electrones«, Saroj Dash explica.

Un objetivo a corto plazo ahora es construir un componente lógico que, no sea muy diferente de un transistor, y se componga de grafeno y materiales magnéticos.

La espintrónica eventualmente pueden reemplazar completamente la tecnología de semiconductores, es una cuestión abierta, aún falta gran cantidad de investigación. Pero el grafeno, con sus excelentes habilidades de conducción  de espín, es altamente probable que cuentan en este contexto.

Fuente:M. Venkata Kamalakar, Christiaan Groenveld, André Dankert, Saroj P. Dash. Long distance spin communication in chemical vapour deposited graphene. Nature Communications, 2015; 6: 6766 DOI: 10.1038/ncomms7766

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