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.

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.

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.

Источник