Графен начал привлекать внимание с тех пор, как было показано, что он стабилен во внешней среде. Причем наибольшее внимание привлекают именно графеновые наноленты из-за потенциальной возможности их применения в таких устройствах, как полевые транзисторы. К тому же было показано, что наноленты с зигзагообразными концами (рис. 1), где к sp2-атомам углерода присоединены атомы водорода, проявляют полуметаллические свойства в присутствии поперечного электрического поля, делая возможным их использование в спинтронике. Кроме того, расчет функционала плотности предсказывает, что в состоянии равновесия такие ленты с зигзагообразными концами в равновесии спин-поляризованы. Однако недавно было показано, что это состояние может быть изменено при протекании баллистического тока через наноленты в случае, если приложенное напряжение превосходит некую пороговую величину. Снятие напряжения приводит к возвращению системы в спин-поляризованное состояние. Эти состояния могут являться битами в бинарной системе хранения информации, состояние которых можно изменять за счет приложенного напряжения. Для считывания информации предлагается пропускать ток через устройство.
Зависимость большого термодинамического потенциала от приложенного напряжения показана на рис. 2, 3 (λ =-2.6 eV = эффективный обменный интеграл). Ω – большой термодинамический потенциал на один углеродный атом графеновой наноленты с зигзагообразным краем, отложен против приложенного напряжения, Vds, и λ, где λ=±1 и 0 соответствует спин-поляризоанному и не спин-поляризоанному состояниям, соответственно. При Vds=0 неполяризованное состояние нестабильно (локальный максимум). В интервале 0.04 - 0.15 |λ|/e стабильны оба состояния. Выше/ниже этого интервала спин-поляризованное/не спин-поляризованное состояние перестает быть стабильным и система переходит в не спин-поляризованное/спин-поляризованное состояние. При снятии напряжения, система возвращается в спин-поляризованное (красная линия на рис. 3) или не спин-поляризованное (синяя линия) состояние, в зависимости от начальной точки.
Однако был также обнаружен интервал напряжений (Vds10 и Vds01, 0 относится к спин-поляризованному, а 1 – к не спин-поляризованному состоянию), в котором существуют оба состояния. Выход за пределы этого интервала позволяет либо зафиксировать, либо стереть информацию в устройстве. Поскольку оба состояния микроскопичны, устройство может работать и при комнатной температуре. Любые малые флуктуации гасятся в электрическом поле. Впоследствии ожидается, что такое запоминающее устройство будет статичным. Вследствие того, что спин-поляризованное и не спин-поляризованное состояния имеют резко различные транспортные свойства, ожидается, что в вольтамперной характеристике будет присутствовать петля гистерезиса.
Уточникова Валентина Работа Graphene Nanostrip Digital Memory Device опубликована в Nano Letters.
