Grafene, una scoperta per un futuro nelle MRAM

I ricercatori dell'Università del Maryland hanno scoperto un modo per controllare le proprietà magnetiche del grafene, consentendo possibili nuove applicazioni nei settori dell'archiviazione magnetica e in quello delle MRAM (magnetic random access memory).

Il grafene è uno strato di atomi di carbonio altamente legati e disposti in ordine esagonale. È 200 volte più forte dell'acciaio e a temperatura ambiente offre una conduttività elettrica superiore a qualsiasi altro materiale conosciuto.

Il professor Michael S. Fuhrer e il suo team hanno riscontrato che alcuni atomi mancanti nel grafene, chiamati vacanze (da vacancies), che agiscono come piccoli magneti e hanno un cosiddetto "momento magnetico". Questo, interagendo con gli elettroni del grafene che trasportano la corrente elettrica, dà luogo a una resistenza elettrica più elevata a temperatura ambiente, conosciuta come effetto Kondo.

L'effetto Kondo è associato all'aggiunta di piccoli quantitativi di atomi metallici magnetici, come il ferro o il nickel, a metalli non magnetici, come l'oro o il rame. Secondo il professore trovare l'effetto Kondo nel grafene con "vacanze" è stato sorprendente per due ragioni.

Grafene (rosso), elettrodi in oro (giallo), diossido di silicio (bianco) e un substrato di silicio (nero). Come vedete nel reticolo di grafene sono presenti "vacanze", circondate da atomi di carbonio. 

"Anzitutto stavamo studiando un sistema al carbonio, senza aggiungere nessuna delle impurità tradizionali. La seconda è che il grafene ha una densità di elettroni molto ridotta, il che fa pensare che l'effetto Kondo si presenti solamente a temperature estremamente basse", ha dichiarato Fuhrer.

Il team di ricercatori ha rilevato che l'effetto Kondo nel grafene con "vacanze" avviene a 90 gradi Kelvin (-183 gradi Celsius), in modo simile ai metalli con un'elevata densità di elettroni. Inoltre la cosiddetta "temperatura Kondo" può essere regolata dalla tensione su un gate elettrico, un effetto che non è stato riscontrato nei metalli.

Secondo gli studiosi gli elettroni nel grafene agiscono come se non avessero massa e ciò li rende in grado d'interagire con certi tipi d'impurità, come le 2vacanze", portando a un energico effetto Kondo con una temperatura relativamente elevata.

Disponendo nel modo corretto le "vacanze" all'interno del grafene potrebbe verificarsi un effetto ferromagnetico. "I singoli momenti magnetici possono essere accoppiati assieme attraverso l'effetto Kondo, costringendoli ad allinearsi nella stessa direzione", ha dichiarato il professore Fuhrer.

Il risultato sarebbe un ferromagnete come il ferro, fatto invece di solo carbonio. Il magnetismo nel grafene potrebbe portare a nuovi tipi di sensori di campi magnetici in nanoscala. E, quando accoppiato alle proprietà elettriche del grafene, potrebbe avere interessanti applicazioni nell'area della spintronica, che usa il momento magnetico dell'elettrone, anziché la sua carica elettrica, per rappresentare l'informazione all'interno di un computer.