Grafen + molekylär spinntronik – en hybrid för framtidens elektronik?
Vilket material ska man satsa på för framtidens teknologi? Organiska molekyler med sina utmärkta magnetiska egenskaper, eller kanske grafen som kan ge mångdubbelt snabbare transistorer? Forskare från Uppsala och Berlin visar nu i den ansedda tidskriften Advanced Materials att bägge material kan kombineras för att skapa det bästa av två världar.
Organiska molekyler som t ex järnporfyrin har utmärkta magnetiska egenskaper som gör att de ansesvara särskilt lämpliga för framtidens molekylära spinntransistorer. Grafen är ett annat material som har andra attraktiva egenskaper; hög hastighetselektrisk transport som gör att transistorer baserade på grafen kan vara flera storleksordningar snabbare än befintlig teknologi.
Grafen är ett kolbaserat material som är bara ett atomskikt tjock. Elektrisk transport genom grafen sker på ett sätt som gör den mycket snabbare än i befintliga halvledare. Inom molekylär spinntronik ligger fokus på att bygga de minsta spinntransistorerna, bestående av endast en eller några molekyler. Dessa kan transportera ström baserat på molekylens magnetiska spinnmoment.
Att kombinera bägge material skulle kunna öppna dörren för nya teknologiska möjligheter. Forskare från Uppsala universitet och Berlins Fria universitet visar nu att organiska magnetiska molekyler kan kombineras med grafen.
Forskarna använde metallporfyrin-molekyler liknande järnporfyrin, som bland annat naturligt aktivt i hemoglobinets syretransport i blodet. Metallporfyrin-molekylen adsorberades på grafen placerad ovanpå nickel. Med hjälp av detaljerade magnetiska mätningar kunde gruppen i Berlin konstatera att metallporfyrin-molekylen på grafen behöll sina särskilda spinnegenskaper, som nu även kan styras av magnetisering i nickelskiktet.
Uppsalaforskarna kunde sedan visa att det är just grafen gav den viktiga magnetiska kopplingen mellan porfyrinen och nickelskiktet. Genom noggrann datorsimulation klargjorde de att grafen överför spinninformationen mellan nickellager och metallporfyrin och att även grafen själv blir magnetiskt.
– Vår upptäckt pekar på att det är möjligt att konstruera nya hybridmaterial som kombinerar de unika egenskaper av grafen och metallorganiska molekyler. Detta kan utvecklas vidare och bana väg för förverkligandet av hybrid-elektronik i framtiden, säger professor Peter Oppeneer, som lett projektet tillsammans med professor Wolfgang Kuch i Berlin.
Läs artikeln: Magnetic Coupling of Porphyrin Molecules Through Graphene.
