Az informatika fejlődését leíró Moore törvény (Moore 1965) jóslata szerint hamarosan elérjük azt a mérethatárt, ahol a hagyományos elektronikai eszközökkel már tovább nem növelhető az eszközök sebessége. Ezért az érdeklődés az alternatív informatikai architektúrák felé fordult, úgymint a kvantumszámítógépek, vagy az emberi agyat leutánzó ún. neuromorfikus hálózatok, és a spintronikai eszközök. Utóbbi fogalom a „spin” és az elektronikából származó „tronika” összeolvasztásból származik (S. A. Wolf et al. Science 16, 294 (2001).).
A spintronika alapgondolata, hogy az elektron saját-perdületét – azaz spinjét – használjuk fel, mint információ hordozó egységet. A területen a 2000-es évek óta zajlik intenzív kutatás, a 2007-es fizikai Nobel díjat ilyen kutatásokért kapta Albert Fert és Peter Grünberg. A merevlemez olvasó fejekben már spintronikai elven működő eszközöket használunk és prototípusként létezik már spintronikai elven működő véletlen hozzáférésű memória is (RAM). A spin csak relativisztikus hatásokon keresztül kapcsolódik a környezethez, ezért az elektron spinek koherenciája sokkal tovább fenntartható, mint kollektív mozgásuk, azaz áramuk. A spintronikai alkalmazások egyik alapvető kérdése, hogy a közös spin-irány mennyi ideig tartható fenn az eszközökben. Ezen az ún. spin-relaxációs időn múlik, hogy egy adott anyag alkalmas-e ilyen célra vagy sem. A Wigner FK kutatói a BME-s kollégákkal együttműködve, egy nemzetközi kutatási program keretében azt figyelték meg, hogy grafitban ez a spin-relaxációs élettartam tízszer nagyobb lesz annál az értéknél, ami az eddig vizsgált anyagokra volt jellemző.
A grafit igen hétköznapi anyag, amelyet az ókor óta ismerünk és számtalan célra – köztük íráshoz, kenőanyagként, csiszolási célra, anyagelőállításhoz, akkumulátorokban, de akár nukleáris reaktorokban – használ az emberiség. Azonban a grafén 2004-es felfedezése óta került újra igazán az érdeklődés előterébe. Az utóbbi anyag spintronikai felhasználását is többen javasolták, de eddig ennek jelentős korlátja volt, hogy a spin-relaxációs idő mindösszes néhány nanoszekundumos hosszúságú és ennek megfigyeléséhez is a grafént rendkívül hidegre, -270 oC-ra le kell hűteni. Az itt ismertetett eredmény azt mutatta meg, hogy ez az idő grafitban akár 100 nanoszekundum hosszúságú is lehet és szobahőmérsékleten is elérhető. Ez bár nem tűnik soknak, mégis meghaladja az alkalmazásokhoz szükséges alsó határt az elektronok nagy sebessége miatt.
Az ELKH Wigner FK mellett a BME, az École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Svájc), a University of Notre Dame (USA), a Regensburgi Egyetem és a Pavol Jozef Šafárik Egyetem (Kassa) kutatóival közösen jegyzett cikk szerzői megmutatták, hogy az elmúlt 80 évben mindenki tévesen értelmezte a mérési eredményeket, illetve az elméleti leírás elsiklott a grafit egy konkrét tulajdonsága felett, ami pedig megjósolja az ilyen, ultrahosszú spin-relaxációs idő létezését ebben az anyagban.
A cikk elérhetősége:
Ultralong 100 ns spin relaxation time in graphite at room temperature
Bence G. Márkus, Martin Gmitra, Balázs Dóra, Gábor Csősz, Titusz Fehér, Péter Szirmai, Bálint Náfrádi, Viktor Zólyomi, László Forró, Jaroslav Fabian és Ferenc Simon
https://www.nature.com/articles/s41467-023-38288-w
