گرافن ورقه اي کربني به ضخامت يک اتم مي‌باشد که از خواص فلزي و مغناطيسي جالب توجه و کاملا ً متفاوتي با فلزات و نيمه رساناهاي معمولي برخوردار مي‌باشد و الکترونهاي آن رفتاري نسبيتي مشابه با فرميونهاي بدون جرم ديراک از خود نشان مي‌دهند. شکاف باند يک نوار گرافني به شکل هندسي و به خصوص به پهناي آن بستگي دارد. خواص الکترونيکي و انتقالي منحصر به فرد آن موجب شده تا اين ماده بعنوان بستري براي تحقيقات فيزيک نانومقياس و نانوالکترونيک مورد توجه قرار گيرد.

اخيرا ً گروهي از دانشمندان کشور ترکيه با استفاده از رايانه‌هاي با عملکرد بالا و انجام محاسبات کوانتومي بر مبناي نظريه تابعي چگالي دريافتند که اغلب پديده‌هاي غير متعارف کوانتومي (مانند اثرکوانتومي هال و تونل زني تشديدي و انتقال کوانتومي پرتابه اي) که طي بيست سال گذشته کشف شده و ناشي از تفاوت کوانتش الکترونهاي موجود در ساختارهاي غير همسان نيمه رسانا و ابرشبکه‌ها با مواد سه بعدي ماکروسکوپيک مي‌باشد، در گرافن نيز مشاهده مي‌شود. آنها در بررسي‌هاي خود متوجه شدند که اتصال نوارهاي گرافني با اشکال هندسي و ترکيبهاي متفاوت به تشکيل ساختارهايي با چند چاه کوانتومي منجر مي‌شود. به باور آنها عامل ايجاد اين پديده‌هاي کوانتومي غير متعارف، بدام افتادن الکترونهاي داراي جهت اسپيني يکسان در اين چاههاي کوانتومي است.

به عقيده اين محققان، يافته‌هاي آنها نه فقط در فيزيک بنيادي حائز اهميت است، بلکه نتايج حاصل از آن مي‌تواند به پيشرفت قابل ملاحظه تحقيقات مربوط به ابزارهاي نوين گرافني (موضوع تحقيقاتي جديد نانوالکترونيک در سالهاي اخير) منجر شود.

گفتني است نتايج اين تحقيق در شماره اخير نشريه Physical Review Letters منتشر شده است. 
 

کلید  اسپینترونیک در تزریق ، دستکاری و آشکار سازی اسپینها در سیستمهای حالت جامد است. برای ساختن یک ابزار اسپینترونیکی نیاز اولیه این است که یک سیستم که کارایی تولید جریانی از الکترونهای قطبیده اسپینی را داشته باشد و سیستمی که به قطبش اسپینی الکترونها حساس است، بوجود آورد.

بیشتر این ابزار دارای قسمتی هستند که جریان الکترونها را وابسته به حالتهای اسپین تغییر دهد.  ساده ترین روش تولید کردن یک جریان قطبیده اسپینی تزریق  جریانی از بین اده ای فرومغناطیس است. بیشترین کاربرد این اثر یک سیستم مقاومت مغناطیسی غول آسا (GMR) است. نمونه  GMR شامل دولایه از مواد فرومغناطیس است که توسط یک لایه جداکننده از هم جدا شده اند. وقتی هردو بردار مغناطش لایه ها هم راستا باشند یک جریان الکتریکی آزادانه شارش می کند، درحالیکه اگر بردارهای مغناطش دو لایه پادموازی باشند مقاومت سیستم بسیار بالاتر می شود.

دو متغییر از GMR در ابزار  بکاربرده می شود، جریان در صفحه ، جائیکه جریان الکتریکی موازی با لایه ها شارش می کند و جریانی الکتریکی که عمود بر لایه های مغناطیسی  شارش می کند  جریان عمود بر صفحه نام دارد. ساختاری که بدین گونه رفتار میکند والو اسپینی نامیده میشود، این والوها نانوساختارهایی با لایه هایی از مواد نانومغناطیسی  ساخته میشوند. سایز نوعی این لایه ها از مرتبه 10 تا 100 نانومتر و حتی کمتر است. موادی که بیشتر برای لایه های فرومغناطیسی استفاده می شوند کبالت یا یک آلیاژ از نیکل و آهن که به پرمالوی معروفند، هستند.  لایه جدا کننده غیر مغناطیسی میتواند از هر فلز غیر مغناطیسی مانند مس Cu باشد. البته در عمل محدودیتهای تکنیکی وجود دارد.

جریان در والو اسپینی میتواند در دو راستا بکار برده شود، 1-  عمود بر لایه های مغناطیسی و جداکننده که والو اسپینی CPP نام دارد. 2- جریان موازی با صفحه که به والو اسپینی CIP معروف است. در شکل زیر می توان شکل یک والو اسپینی نوع  CPPرا در دو الت باز و بسته مشاهده کرد

ادامه مطلب