Итоги № 5 (2012)

Дело в следующем. Использование графена представляется наиболее перспективным в спинтронике, которую называют электроникой XXI века. Разница между двумя направлениями существенна: если в электронике информация переносится, шифруется и хранится с помощью заряженных частиц, то в спинтронике ключевую роль играет именно магнитный момент, или спин. «Спин — это не составляющая электрона, а его внутренняя характеристика, — комментирует директор научно-образовательного центра «Функциональные наноматериалы» Инновационного парка Балтийского федерального университета им. И. Канта кандидат физико-математических наук Александр Гойхман. — У спина есть два дискретных варианта, условно можно сказать, что один из них направлен вверх, а другой вниз, и дают они соответственно единицу или ноль, представляющие собой биты информации. Практически мы получаем прекрасный вариант для шифрования данных в двоичном коде — самой распространенной системе сохранения данных. Чем больше битов, тем больше комбинаций для сохранения команд и данных можно найти».

В электронике за единицы и нули отвечают сигналы: сигнал есть — это единица, сигнала нет — ноль. В спинтронике важно именно то, в какую сторону направлена поляризация спина. С помощью магнитного поля ее можно менять, чтобы по заказу получать единицу или ноль. А вот отсеивать единицы и нули, чтобы использовать их в программировании, физики научились с помощью так называемого магнитного туннельного перехода. «Допустим, мы пытаемся пропустить ток между двумя электродами, — поясняет Александр Гойхман. — Если в электронике это будет просто поток электронов от одной точки до другой, то в спинтронике между ними обязательно должен находиться диэлектрик, или слабопроводящее вещество». В обычных условиях диэлектрик не пропускал бы ток, но с учетом законов квантовой электроники, на которых зиждется спинтроника, и появляется так называемый туннельный эффект. То есть при одних условиях барьер из диэлектрика не пропускает электроны, при других — пропускает электроны только с определенным направлением спина. Так, собственно, и появляется возможность получить элемент памяти, записанный магнитным полем.

Минус на минус

Сама автор открытия, Ирина Григорьева, скромно отмечает: «Я бы не стала называть это открытием, это лишь важный этап развития в области магнетизма углерода». По ее словам, успеха команде удалось добиться лишь благодаря тому, что в случае с графеном сработал принцип — минус на минус дает плюс. Сначала исследователи выбили с помощью высокоэнергетических протонов из кристаллической решетки графена атомы углерода. Полученные вакантные места начали замещать таким же немагнитным фтором, однако два элемента в сочетании придали графену магнитные свойства, которые, правда, оказались весьма скромными. Дальнейшее добавление атомов фтора увеличивало эффект, но такой графен, по словам Андре Гейма, оказался не сильнее магнита, что крепится на холодильник. А при определенной концентрации атомов фтора они начинали компенсировать магнитные моменты друг друга, и магнетизм пропадал вовсе. К тому же их концентрация в решетке была столь велика, что полученный материал назвать графеном можно было с большой натяжкой. Однако сам факт того, что к списку многочисленных достоинств материала добавилась возможность превращаться в магнит, дает пространство для дальнейших маневров и новых прорывов. И нет сомнений, что они будут — над магнетизмом графена колдуют и британские, и американские, и немецкие специалисты.