Espintrónica con grafeno Luis E. Hueso CIC nanogune Consolider Research Centre IKERBASQUE, Basque Foundation for Science San Sebastián, Spain 1
ÍNDICE Espintrónica: Definición parcial Presencia de la espintrónica en la sociedad de la información Espintrónica de segunda generación: rol del grafeno Estado actual de la espintrónica con grafeno (experimental) Perspectiva futura y conclusiones 2
ESPINTRONICA: DEFINICIÓN (PARCIAL) La espintrónica es una rama de la electrónica que se basa en el aprovechamiento del espín del electrón La información se almacena, se transmite y se lee a través de la orientación del espín del electrón (es necesaria inyección, transporte y recolección de espines) Macroscópicamente, se relaciona con fenómenos magnéticos (magnetización = alineamiento de espines) El espín es un magnitud no conservativa 3
PRESENCIA DE LA ESPINTRONICA EN LA SOCIEDAD DE LA INFORMACION Magnetoresistencia en multicapas metálicas y uniones túnel magnéticas Éxito científico e industrial: del laboratorio a la electrónica de consumo 54
ESPINTRÓNICA DE SEGUNDA GENERACIÓN Necesidad de transportar espínes a largas distancias (micrómetros) Dificultades para que los semiconductores actuales (GaAs, InAs, Si) se integren con metales magnéticos Limitaciones para el transporte a larga distancia en metales no magnéticos 5
GRAFENO PARA ESPINTRÓNICA DE SEGUNDA GENERACIÓN Bajos mecanismos de relajación del espín Pequeña (?) interación espín-órbita (transporte en un elemento con bajo número atómico) Pequeña interacción hiperfina τ sf 1-10 ns Alta mobilidad electrónica μ > 200,000 cm 2 V -1 s -1 Buena calidad estructural intrínseca 6
ESTADO ACTUAL DE LA ESPINTRÓNICA CON GRAFENO Geim. Manchester Van Wees. Groningen Fert. Paris Fuhrer. Maryland Guntherodt. Aachen Kawakami. Riverside Tsukagoshi. NIMS Shiraishi. Osaka Selección de grupos con publicaciones relevantes Ozyilmaz. Singapur 7
ESTADO ACTUAL DE LA ESPINTRÓNICA CON GRAFENO Inyección de espín en grafeno con y sin barrera túnel 8
ESTADO ACTUAL DE LA ESPINTRÓNICA CON GRAFENO Inyección de espín en grafeno con y sin barrera túnel Corrientes puras de espín en geometría no-local Transporte de espín demostrado por medidas de efecto Hänle 9
ESTADO ACTUAL DE LA ESPINTRÓNICA CON GRAFENO Inyección de espín en grafeno con y sin barrera túnel Corrientes puras de espín en geometría no-local Transporte de espín demostrado por medidas de efecto Hänle Transporte en grafeno exfoliado, epitaxial sobre SiC y crecido sobre Cu por CVD 10
ESTADO ACTUAL DE LA ESPINTRÓNICA CON GRAFENO Inyección de espín en grafeno con y sin barrera túnel Corrientes puras de espín en geometría no-local Transporte de espín demostrado por medidas de efecto Hänle Transporte en grafeno exfoliado, epitaxial sobre SiC y crecido sobre Cu por CVD Transporte de espín en monocapa, bicapa y multicapas 11
ESTADO ACTUAL DE LA ESPINTRÓNICA CON GRAFENO Inyección de espín en grafeno con y sin barrera túnel Corrientes puras de espín en geometría no-local Transporte de espín demostrado por medidas de efecto Hänle Transporte en grafeno exfoliado, epitaxial sobre SiC y crecido sobre Cu por CVD Transporte de espín en monocapa, bicapa y multicapas Identificados los principales mecanismos de relajación de espín en grafeno 12
PERSPECTIVA FUTURA Y CONCLUSIONES Fuerte base teórica para la espintrónica con grafeno Núcleo robusto de experimentos mostrando inyección y transporte de espín en grafeno Sin noticias de manipulación del espín Camino hacia nuevos dispositivos?, nuevas aplicaciones (QIP)?, nueva ciencia? Mucho trabajo por hacer (pero es un desafío fascinante) 13