В сочетании с тонкой пленкой тяжелого металла и ферромагнитными монослоями графен усиливает эффект стабилизации скирмионов в спинтроники
На границе раздела графена и тяжелого металла возникает сильная спин-орбитальная связь, которая приводит к различным квантовым эффектам, включая спин-орбитальное расщепление уровней энергии (эффект Рашбы) и скос в выравнивании спинов (взаимодействие Дзялошинского-Мория). Эффект скоса спинов особенно необходим для стабилизации скирмионов, которые особенно подходят для спинтроники. В статье, опубликованной в журнале ACS Nano, испано-немецкая группа учёных показала, что эти эффекты значительно усиливаются, когда несколько монослоев ферромагнитного элемента кобальта вставляются между графеном и тяжелым металлом (в данном случае: иридием). Образцы выращивались на изолирующих подложках, что является необходимым условием для внедрения многофункциональных спинтронных устройств, использующих эти эффекты.
Символическая иллюстрация слоя графена на микрочипе. В сочетании с тонкой пленкой тяжелого металла и ферромагнитными монослоями графен может сделать возможными спинтронные устройства. Кредит: Dall-E/Helmholtz Association of German Research Centres
«В BESSY II мы проанализировали электронные структуры на интерфейсах между графеном, кобальтом и иридием», — говорит доктор Хайме Санчес-Баррига, физик из HZB. Самое важное открытие: вопреки ожиданиям, графен взаимодействует не только с кобальтом, но и через кобальт с иридием.
«Мы можем влиять на эффект спин-кантинга, изменяя количество монослоев кобальта; лучше всего использовать три монослоя», — говорит физик Санчес-Баррига.
Этот результат подтверждается не только экспериментальными данными, но и новыми расчетами с использованием теории функционала плотности. Тот факт, что оба квантовых эффекта влияют друг на друга и усиливают друг друга, является новым и неожиданным.
«Мы смогли получить эти новые знания только потому, что BESSY II предлагает чрезвычайно чувствительные приборы для измерения фотоэмиссии с разрешением по спину (Spin-ARPES). Это приводит к удачному стечению обстоятельств: мы можем определить предполагаемое происхождение наклона спина, т. е. спин-орбитальное расщепление типа Рашбы, очень точно, возможно, даже точнее, чем сам наклон спина», — подчеркивает профессор Оливер Рейдер, возглавляющий кафедру «Спин и топология в квантовых материалах» в HZB.
В мире существует лишь несколько учреждений, которые имеют приборы с такими возможностями. Результаты показывают, что гетероструктуры на основе графена имеют большой потенциал для следующего поколения спинтронных устройств.
