Физики научились включать и выключать магнитное поле графена

Чтобы включить магнитное поле графена физики удаляли из угла каждой его "соты" по атому, а вокруг образовавшейся пустоты скапливались электроны, получалось микроскопическое магнитное облако (иллюстрация University of Manchester).

(иллюстрация University of Manchester).

Графеновая структура представляет собой бесчисленное количество идеально правильных шестигранников из атомов углерода

(иллюстрация AlexanderAlUS/Wikimedia Commons).

Многие годы графен был чем-то вроде философского камня для средневековых алхимиков. Его удивительные свойства описывались задолго до открытия этого материала. Открытие, кстати принадлежит учёным русского происхождения, Андрею Гейму и Константину Новосёлову. Сегодня, когда во всём мире ставятся эксперименты с графеном, никто уже и не сомневается в том, что он — основа электроники будущего, даже несмотря на то, что у него есть весомые недостатки.

Тончайший пласт, состоящий из бесчисленного количества гескагональных "сот", в углах которых расположены атомы углерода, является фактически двухмерным: толщина листа графена равна всего одному атому. Физики из университета Манчестера (University of Manchester) проводили эксперименты с этим удивительным материалом, намеренно нарушая структуру его кристаллической решётки.

Чтобы включить магнитное поле графена физики удаляли из угла каждой его "соты" по атому, а вокруг образовавшейся пустоты скапливались электроны, получалось микроскопическое магнитное облако (иллюстрация University of Manchester).

Как выяснилось, они смогли включить и выключить магнитное поле графена, и тем самым сделали большой шаг в сторону развития спинтроники — раздела квантовой электроники, изучающего спиновый перенос тока в твёрдых телах.

В каждом современном электронном устройстве содержатся своеобразные микроскопические магниты. Каждый такой магнит позволяет биту информации, принимающему значение либо "0", либо "1", сохраняться в двух векторах намагниченности: "южном" или "северном".

Спинтроника — не просто очередная теория квантовой физики, а настоящий шанс ускорить работу компьютеров и других электронных устройств во множество раз, а также повысить их эффективность. Изучение свойств графена и создание из него транзисторов может стать огромным шагом в сторону такого будущего.

В ходе эксперимента исследователи во главе с русским физиком Ириной Григорьевой пытались нарушить структуру графена путём удаления отдельных атомов углерода из углов идеальных шестигранников. В результате в решётке графена образовывались "пробелы", которые немедленно заполняли облака из электронов, и таким образом "включалось" магнитное поле материала. Более того, учёные заметили, что эти облака легко создавать и вновь рассеивать, контролируя переключение между двумя состояниями магнитного поля.

Графеновая структура представляет собой бесчисленное количество идеально правильных шестигранников из атомов углерода (иллюстрация AlexanderAlUS/Wikimedia Commons).

Отметим, что результаты этой работы можно назвать прорывом, поскольку учёным удалось управлять самими магнитными свойствами, включая и выключая их, а не просто менять направление вектора намагниченности. О своих экспериментах и их результатах исследователи сообщили в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

"Наше открытие поможет в дальнейшей разработке графеновых транзисторов, принцип работы которых как раз основан на включении и выключении магнитных свойств материала. Информацию можно будет передавать и считывать как привычным путём сообщения электрического заряда, так и принципиально новым, подразумевающим использование так называемого потока спинов. Такие транзисторы физики долгое время считали Святым Граалем спинтроники", — пояснила Григорьева в пресс-релизе университета Манчестера.

Соавтор исследования Антонио Кастро Нето (Antonio Castro Neto) из Центра изучения графена в Сингапуре добавил, что работа Григорьевой поможет создать совершенно новый тип магнитного устройства, толщиной всего в один атом углерода. "Такие устройства можно будет вживить в электронные схемы, чтобы осуществлять контроль над магнитными свойствами и электрическими зарядами. Они станут местом соединения магнитной памяти и электронных схем", — говорит учёный.

Физики гадают, сколько ещё удивительных свойств преподнесёт им графен, но одно известно уже точно: у этого материала есть огромный потенциал стать незаменимым для электронных устройств уже в очень скором времени.

Также по теме:
Графеновая матрица обещает революцию в цифровой фотографии
Учёные создали прозрачный динамик из листа графена
Открыта способность графена восстанавливать свою структуру
Нобелевский лауреат провел мастер-класс по созданию графена
Новоселов не будет использовать графен в коммерческих целях