پژوهش‌‌گران در ایالات‌متحده کاربرد دیگری برای «ماده‌ی شگفت‌انگیز» گرافین یافته‌اند. این گروه به‌جای استفاده از ویژگی رسانندگی الکتریکی گرافین، راهی یافته‌اند تا آن را به‌عنوان یک «سد تونل‌زنی» نازک به منظور جابه‌جایی به‌کاربندد . این گروه می‌گوید که این کاربرد جدید به‌ویژه در پیش‌برد اسپین‌ترونیک‌ها -یک فن‌آوری نسبتا جدید که اسپین الکترون‌ را نیز مانند بارش به‌کارمی‌بندد- مفید است.

هم‌چنان کاربردهایی جدید برای ماده‌ی شگفت‌انگیز گرافین

گرافین صفحه‌ای از کربن به کلفتی یک اتم می‌باشد و از ۲۰۰۴ که این ماده برای اولین بار درست شد، پژوهش‌گران در تلاش‌اند تا با به‌کاربستن ویژگی‌هایش وسایل الکترونیکی بسازند. در بیش‌تر این کوشش‌ها بر چه‌گونه‌گی شارش الکترون‌ها در یک صفحه یا لایه -که می‌تواند هم به‌عنوان رسانا و هم به‌عنوان نیمه‌رسانا رفتار کند- چشم دوخته‌‌ شده‌است. اما اکنون بری جونکر و هم‌کاران، در آزمایش‌گاه پژوهشی نوال در ایالات‌متحده (NRL) نشان‌داده‌اند که وقتی جریان عمود بر صفحه‌ی اتم‌های کربن فرستاده‌شود، گرافین می‌تواند یک سد تونل‌زنی خوب باشد. قطبش اسپینی جریان نیز در این سد تونل‌زنی حفظ می‌شود؛ و این یافته می‌تواند برای اسپین‌ترونیک‌ها مهم باشد.
تغییر کم‌مصرف
اسپین الکترون‌ها می‌تواند روبه‌ «بالا» یا «پایین» باشد و این ویژگی می‌تواند در ذخیره و پردازش داده‌ها در وسایل اسپین‌ترونیکی به‌کار‌آید. علی‌الاصول مدارهایی که یک جریان اسپینی -الکترون‌هایی با اسپین‌های مخالف که در دو جهت مخالف می‌روند- را به‌کار‌می‌بندند، می‌توانند از مدارهای الکترونیکی معمولی که تنها برپایه‌ی جابه‌جایی باراند، بسیار کاراتر و کوچک‌تر باشند. چراکه می‌توان با انرژی تقریبا اندکی اسپین را از بالا به پایین تغییر داد.
وسایل اسپین‌ترونیکی بیش تر از مواد فرومغناطیسی و نیمه‌رسانا درست می‌شوند. در فلزات فرومغناطیس، مانند آهن و پرمالوی (آلیاژی از ۲۰٪ آهن و ۸۰٪ نیکل) ، الکترون‌های با قطبش اسپینی به صورت خودبه‌خودی تجمع می‌کنند -یعنی تعداد متفاوتی الکترون‌ با اسپین بالا و اسپین پایین - و در نتیجه اتصال مناسبی برای تزریق اسپین به یک نیمه‌رسانا‌ می‌باشد. به‌هرروی، فرومغناطیس‌ها و نیمه‌رساناها تفاوت رسانایی بسیار زیادی دارند؛ بنابراین اسپین باید با یک سد تونل‌زنی تزریق ‌شود -یک سد نارسانای الکتریکی که الکترون‌ها از آن به صورت کوانتوم مکانیکی تونل می‌زنند. مشکل این‌جاست که سدهای اکسیدی که معمولا استفاده می‌شوند، نقص‌هایی در دست‌گاه درست می‌کنند و مقاومت بسیار بالایی دارند -شاخصه‌ای که بر کارکرد دست‌گاه تاثیر منفی می‌گذارد.
 سد تونل‌زنی گرافینی
برای پیروزی بر این مشکل، جونکر و هم‌کارانش تصمیم گرفتند که گرافین تک‌لایه را به عنوان سد تونل‌زنی به‌کاربندند، چراکه این ماده نسبت به نقص‌ها مقاوم و از نظر شیمیایی پایدار است. این ویژگی‌ها می‌توانند در درست‌کردن اتصال اسپین گرافینی مقاومت‌پایین که هم با فلز فرومغناطیسی و هم با نیمه‌رسانا سازگار باشد، کمک کند.
پژوهش‌گران از جابه‌جایی مکانیکی گرافین رشدیافته به روش انباشت تبخیر شیمیایی، بر سطح‌های سیلیکونی هیدروژن‌روئیده آغاز کردند. برای این کار گرافین را بر سطح آب شناور ساخته و لایه‌ی سیلیکونی را از زیر بالا آوردند. با این روش ساده می‌توان مطمئن بود که هیچ لایه‌ی اکسیدشده‌ای میان سیلیکون و گرافین قرار نمی‌گیرد. این گروه اسپین الکترون‌ها را از یک آلیاژ فرومغناطیسی نیکل-آهن و از راه سد تونل زنی گرافینی به سیلیکون تزریق کردند. ولتاژ ناشی از قطبش اسپینی در سیلیکون با استفاده از اثر هانل -روشی که معمولا دانش‌مندان اسپین‌ترونیک آن را به‌کارمی‌بندند- اندازه‌گیری شد.
فراتر از قانون مور
جونکر می‌گوید: «کشف ما دشواری مهمی را از راه پیش‌رفت وسایل نیمه‌رسانای اسپین‌ترونیک -یعنی وسایلی که نه تنها برپایه‌ی کار با بار که هم‌چنین برپایه‌ی دست‌کاری اسپین الکترون‌ها، داده‌ها را با سرعت بالا و با مصرف پایین انرژی و فراتر از مقیاس‌ها و اندازه‌های سنتی قانون مور، پردازش می‌کنند- برداشته‌است.» ... «این نتیجه‌ها راه جدیدی در درست‌کردن اتصال‌های قطبش اسپینی مقاومت‌پایین‌ که کلید وسایل اسپین‌ترونیکی نیمه‌رسانای برپایه‌ی مقاومت‌مغناطیسی دوپایانه‌ای مانند ترانزیستورهای اسپینی، مدارهای منطقی و حافظه‌ها است، می‌گشاید.»
جونکر می‌افزاید: «به‌کاربستن گرافین در ساختارهای اسپین‌ترونیکی، می‌تواند  به هم‌راه اثرهای غربال اسپینی که درمورد ترکیب‌های فلز/گرافینی خاصی پیش‌بینی شده‌اند، تونل زنی قطبش اسپینی را بیش‌تر کند.» او می‌گوید: «در نتیجه نسبت داده‌ به اختلال‌ و هم‌چنین سرعت بهره‌دهی، بیش‌تر شده و این‌گونه کارکرد وسایل اسپین‌ترونیکی نیمه‌رسانا به‌تر و کاربردهای اسپین‌ترونیک‌های سیلیکونی در فن‌آوری فراوان‌تر می‌شود.»
منبع:

http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/oct/08/graphene-tunnel-barrier-makes-its-debut#

مرجع:
 Nature Nanotechnology

درباره‌ی نویسنده:

بله دومه ویراستار  nanotechweb.org می‌باشد.