استفاده از گرافن در فناوری ساخت سد تونلی

محققان آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی امریکا برای اولین بار از گرافن به‌ عنوان سد تونلی استفاده کردند.

آنها با استفاده از گرافن، سد تونلی مغناطیسی ساختند که هم در حوزه الکترونیک و هم اسپینترونیک می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. محققان استفاده از اتصال تونلی مغناطیسی را در حسگرهای پیشرفته و حافظه‌ها آغاز کرده‌اند. در این مسیر گرافن یکی از مواد مورد علاقه دانشمندان بوده است، زیرا خواص الکترونیکی قابل توجهی دارد. پیش از این از گرافن به‌ عنوان یک رسانا و نیمه‌هادی استفاده می‌شد، اما گروه پژوهشی آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی نشان دادند که اگر جریان عمود بر سطح گرافن وارد شود، این ماده می‌تواند به‌ عنوان سد تونلی عالی عمل کند، در نتیجه قطبیت اسپین جریان تونلی در آن حفظ شود.

سد تونلی یکی از اجزای برخی ادوات الکترونیکی و اسپینترونیکی است. تولید سد‌های بسیار نازک و عاری از نقص چالش بزرگی در حوزه علم مواد است. معمولا سد تونلی در اکسیدهای فلزی ایجاد می‌شود که وجود نقص، حفره، عدم یکنواختی ضخامت و بارهای به‌ دام افتاده می‌تواند عملکرد این سدها را دچار مشکل کند. همچنین محدودیت‌های متعددی در این نوع سدها وجود دارد که مانع از استفاده از آنها می‌شود.

اخیرا پژوهشگران این پروژه دریافته‌اند که گرافن می‌تواند گزینه مناسبی برای ایجاد این سد باشد. گرافن از نظر شیمیایی ماده‌ای نجیب است که حتی در دماهای بالا نیز غیرقابل نفوذ است. ضخامت کم گرافن موجب مصرف کم انرژی و سرعت بالای سوئیچ می‌شود. یافته‌های این تیم تحقیقاتی بسیار جالب توجه است، زیرا اتصال تونلی مغناطیسی در هارددیسک‌های رایانه‌یی به‌ وفور استفاده می‌شود. هر چند این یافته بسیار جالب است، اما نسل حافظه‌های مبتنی بر اتصال تونلی مغناطیسی، متکی به سوئیچ گشتاور انتقال اسپین است که خود این پارامتر به‌ شدت توسط دانسیته جریان بالای مورد نیاز برای سوئیچ حالت منطقی، محدود می‌شود.

از آن جایی که مصرف انرژی در این فناوری بالاست و پراش الکترونی موجب گرم شدن سیستم می‌شود، در نتیجه نمی‌توان از این سیستم در دانسیته جریان‌های بالا استفاده کرد. محققان این پروژه معتقدند که اتصال تونلی مغناطیسی مبتنی بر گرافن می‌تواند بر این مشکلات فائق آید. عملکرد خوب و سهولت تولید از مزایای این سیستم جدید است.

اتصال تونلی مغناطیسی مبتنی بر گرافن یک پیشرفت بزرگ در فناوری‌های مبتنی بر اسپین محسوب می‌شود، همچنین این سیستم محققان را قادر می‌کند تا از حافظه‌های غیرفرار استفاده کنند، حافظه‌هایی که برای تولید رایانه‌ها ضروری هستند. این یافته‌ها مسیر استفاده از مواد دو بعدی مانند نیترید بور را در کاربردهای مشابه هموار می‌کند.