Kontrola transportu w sieciach najmniejszego znanego przewodnika

Fot. Pixabay CC0

Dzięki swoim badaniom naukowcy odkryli, że przewodnictwo elektryczne w nanorurkach może zostać zwiększone poprzez dołączenie właściwości spinowych gadolinu, które są skutkiem jego natury magnetycznej. Innymi słowy, obecność magnesu w medium przenoszącym elektrony wprowadza inny stopień swobody, który wzmaga przenoszenie elektronów, ale tylko wtedy, gdy magnes ten jest odpowiednio dopasowany.

Nanorurki węglowe są najcieńszymi rurami we wszechświecie, składającymi się z pojedynczych atomów węgla ułożonych na kształt cylindra. Są 100 razy mocniejsze od stali, ale 6 razy lżejsze. Gdy odkryto je w Japonii w roku 1993 roku, spodziewano się, że zastąpią krzem w obwodach elektronicznych, takich jak mikroczipy i dyski twarde.

„Nanorurki są bardzo cienkie, ale elektrony mogą poruszać się bardzo szybko, z prędkością wielu gigaherców lub nawet teraherców. Gdy zostanie sprzężony z nimi jeszcze nanomagnes, funkcjonalność nanorurek znacznie się rozszerza, co umożliwia pracę nad nowymi urządzeniami" - mówi Siphephile Ncube, główna autorka badań. Jej zespół umieścił cząstki gadolinu na powierzchni nanorurek węglowych w celu sprawdzenia, czy pole magnetyczne hamuje czy zwiększa transfer elektronów w układzie.

Naukowcy stwierdzili, że z powodu obecności magnesu elektrony ulegają spolaryzowaniu spinowemu, a ładunek zależy od stanu magnetycznego gadolinu. Kiedy ogólne bieguny magnetyczne gadolinu są ustawione przeciwlegle, powoduje to większą oporność nanorurek i spowalnia przepływ elektronów. Kiedy bieguny magnetyczne są źle wyrównane, ma on niską rezystancję i wspomaga transport elektronów. Jest to tzw. efekt wirującego zaworu, który znajduje szerokie zastosowanie w opracowywaniu dysków twardych używanych do przechowywania danych.

Promotor dr Ncube, profesor Somnath Bhattacharyya, dodaje: „Badania stworzyły ogromny potencjał nanorurek węglowych do ultraszybkiego urządzenia przełączającego i aplikacji pamięci magnetycznej, nad którymi pracujemy od 2009 roku. Po raz pierwszy wykazaliśmy wirowanie transportu elektronów w sieci nanorurek bez wprowadzania przewodów magnetycznych."

(KB)