Slovak Bilimler Akademisi fizikçilerinin liderliğindeki işbirlikçi bir Avrupa araştırma ekibi, nanoteknoloji dünyasında heyecan yaratan yeni bir teori geliştirdi. Araştırmacılar, grafendeki spin akımlarını kontrol etmek amacıyla malzemeyi ferroelektrik bir In2 Se3 (İndiyum Selenit) tek katmanına bağlayarak yenilikçi bir yaklaşım ortaya koydu. Yapılan simülasyonlar, bu yöntemin grafendeki spin akımının yönünü tamamen elektriksel yöntemlerle tersine çevirebileceğini gösterdi. Bu gelişme, enerji tasarruflu ve mıknatıssız spintronik cihazlara giden yolda önemli bir kilometre taşı olarak değerlendiriliyor.
ENERJİ TASARRUFLU TEKNOLOJİ
Son yirmi yılda nanoelektronik alanında en umut verici dallardan biri olarak öne çıkan spintronik, elektronların sadece elektrik yükünü değil, aynı zamanda içsel açısal momentumunu (spin) kullanarak bilgiyi işlemeyi hedefliyor. Bilim insanlarına göre, geleneksel yük tabanlı elektroniğin aksine, spin tabanlı mantık ve bellek sistemleri, güç tüketimini ve ısı yayılımını katbekat azaltma potansiyeline sahip. Ayrıca bu teknoloji, daha hızlı çalışma hızları ve verilerin güç kesildiğinde bile kaybolmamasını sağlayan kalıcı veri saklama vaat ediyor.
MANYETİK ALAN SORUNU
Malzeme bilimindeki hızlı ilerlemelere rağmen, spintronik alanında aşılması gereken temel bir engel bulunuyordu: Dış manyetik alanlara ihtiyaç duymadan spin akımları üzerinde hassas ve düşük enerjili kontrol sağlamak. Manyetik manipülasyon etkili bir yöntem olsa da, cihazların küçültülmesi (ölçeklenebilirlik), enerji verimliliği ve mevcut yarı iletken teknolojileriyle uyumluluk açısından büyük zorluklar yaratıyordu. Araştırmacılar, bu sorunu aşmak için grafen gibi iki boyutlu malzemelere yöneldi.
İKİ BOYUTLU ÇÖZÜM
Olağanüstü elektronik hareketliliği ve uzun spin-gevşeme süresiyle grafen, spintronik uygulamalar için mükemmel bir aday olarak görülüyor. Ancak, malzemenin zayıf içsel spin-yörünge kuplajı, spini doğrudan kontrol etmeyi zorlaştırıyordu. Araştırma ekibi bu sorunu çözmek için grafeni, kendiliğinden elektrik polarizasyonuna sahip olan ferroelektrik In2 Se3 malzemesiyle birleştirerek bir ‘van der Waals’ heteroyapısı oluşturdu. Bu yeni yapıda, ferroelektrik malzemenin elektrik dipolü arayüzdeki simetriyi bozarak spin yönelimine olanak tanıyor.
ELEKTRİKSEL SPİN ANAHTARI
Araştırmacılar, ilkesel hesaplamalar ve modellemeler kullanarak, In2 Se3'ün polarizasyon yönünün değiştirilmesinin, ‘Rashba-Edelstein’ etkisinin işaretini tersine çevirdiğini kanıtladı. Bu durum, spin dokularının kiralitesini ve spin akımı yönünü, herhangi bir manyetik alana ihtiyaç duymadan değiştirmeyi mümkün kılıyor. Uzmanlar, bu modülasyonun polarizasyon ayarlandıktan sonra ihmal edilebilir bir güçle gerçekleştiğini, böylece geleceğin mantık ve bellek sistemlerinde yüksek enerji verimliliği sağlanabileceğini belirtiyor.
