Exploring magnetism in graphene by electronic charge and spin transport

Nieuw type ferromagnetisme in grafeen onderzocht

Het proefschrift van Magdalena Wojtaszek is een vergelijkende studie tussen spintransport in ongerept en defect grafeen, en in grafeen met een verhoogde concentratie van nucleaire spin. Doel was om meer te weten te komen over nieuwe, recent ontdekte vormen van ferromagnetisme.

Ferromagnetische materialen spelen een belangrijke rol in de technologie voor dataopslag. Hun magnetische eigenschappen komen voort uit geordende rangschikking van de spins van elektronen. Deze spinordening kan echter worden verstoord door thermische fluctuaties en in feite zijn slechts drie elementen ferromagnetisch boven kamertemperatuur: kobalt, nikkel en ijzer.

Lang werd gedacht dat ferromagnetisme op kamertemperatuur alleen mogelijk is voor materialen met hoge concentraties magnetische atomen. Maar recentelijk is ook ferromagnetisme geclaimd in materialen zonder magnetische elementen, in het bijzonder in grafiet.

Het gevestigde paradigma wordt hierdoor in twijfel getrokken. Dit nieuwe type ferromagnetisme kan worden verklaard door de aanwezigheid van niet-magnetische defecten, zoals roostervacatures of chemisch geadsorbeerde atomen, maar de oorzaak staat nog altijd ter discussie.

De isolatie van grafeen, een goed geleidende tweedimensionale laag grafiet, levert een nieuw testobject voor mogelijk defect-geïnduceerd magnetisme. Om een dergelijk magnetisme te verifiëren kozen we voor de spintransport techniek in nanoschaal spin-valve devices. Hierin kunnen processen met invloed op spincoherentie worden gediagnosticeerd. Dat biedt inzicht in de interacties tussen spins en magnetische momenten.

In haar proefschrift presenteert Wojtaszek een vergelijkende studie tussen spintransport in ongerept en defect (gehydrogeneerd) grafeen, maar ook in grafeen met een verhoogde concentratie van nucleaire spin. Ondanks dat de vraag over defect-geïnduceerd magnetisme in grafeen open blijft voor verdere experimentele opheldering, wordt een veelzijdige werkset geleverd om spintransport in aanwezigheid van interne magnetische velden van gevarieerde oorsprong te interpreteren.

Magdalena Wojtaszek (Polen, 1983) voerde haar onderzoek uit aan het Zernike Institute for Advanced Materials.