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Dall’elettronica alla spintronica con il grafene

Che il futuro tecnologico passi dal grafene è ormai una certezza. Che sia possibile combinare le sue eccezionali caratteristiche con le proprietà quantistiche di nano magneti, e fare così un passo avanti per la realizzazione di dispositivi spintronici, lo ha dimostrato un gruppo di ricerca internazionale di cui fa parte Angelo Rettori, del Dipartimento di Fisica e astronomia.

Al risultato ha dato risalto sulla sua home page la rivista scientifica Nature Materials (“The classical and quantum dynamics of molecular spins on graphene”, DOI: 10.1038/nmat4490).

“Il grafene è un materiale bidimensionale composto da atomi di carbonio in reticolo esagonale e ha proprietà chimico fisiche eccezionali che lo rendono interessante per un gran numero di potenziali applicazioni come celle fotovoltaiche, transistor, circuiti integrati, ecc- spiega Rettori, associato di Fisica della materia -. Ed è un sistema ideale per lo sviluppo della spintronica, l’evoluzione dell’elettronica che cerca di sfruttare lo spin, il momento magnetico intrinseco dell’elettrone.”

“Per progettare nano dispositivi basati su spintronica di stati di superficie e manipolazione elettrica degli spin - prosegue il docente-, è fondamentale riuscire a depositare sul grafene molecole o atomi dotati di un loro spin e controllarne la dinamica quantistica.”

Uno dei progetti a cui il mondo della ricerca sta lavorando è quello di realizzare nano dispositivi spintronici le cui caratteristiche siano determinate dalle proprietà quantistiche di pochi magneti a singola molecola (Single Molecule Magnets) agganciati al grafene. “Il vantaggio di un magnete a singola molecola, con dimensioni dell’ordine del nanometro (un miliardesimo di metro) - chiarisce Rettori - è che, a basse temperature, è capace di mantenere la propria magnetizzazione per un tempo estremamente lungo e, tramite tecniche di ingegneria chimica, è possibile utilizzarlo in modo vario, per esempio, per riuscire ad ancorarlo a un opportuno substrato, come il grafene”.

Rettori ha sviluppato l’analisi teorica del problema, nell’ambito di un gruppo internazionale composto da ricercatori di università e centri di ricerca tedeschi, spagnoli e italiani.

“Siamo risusciti ad ‘attaccare’ al grafene singole molecole magnetiche di Fe4 (una molecola con un nucleo magnetico dato da 4 ioni di ferro) - racconta Rettori -. Abbiamo creato così un sistema ‘ibrido’ in cui le proprietà statiche rimangono inalterate rispetto a quanto osservato in un cristallo tridimensionale formato da tali molecole, ma in cui la dinamica quantistica può essere profondamente modificata come conseguenza delle peculiari proprietà elettroniche del grafene, i cui elettroni formano un gas bidimensionale di particelle relativistiche.”

“In questo sistema ‘ibrido’, a bassa temperatura, il tempo di rilassamento della magnetizzazione si riduce di un milione di volte rispetto al cristallo magnetico molecolare. Questo avviene perché l'interazione fra gli elettroni delle molecole e quelli del grafene attiva un meccanismo di tunnel quantistico risonante altamente coerente, regime mai osservato in precedenza.”

“La nostra ricerca - conclude il docente - potrà contribuire alla realizzazione di nanodispositivi spintronici basati sul grafene”. (sd)

 
ultimo aggiornamento: 22-Dic-2015
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