Spin transport and relaxation in graphene, functionalized-graphene & graphene-TMD heterostructures

Grafeen is een één-atomig dik koolstofmateriaal, bekend om zijn uitzonderlijke elektronische eigenschappen die kunnen worden gebruikt in de toekomstige elektronica-industrie. Ook heeft het een grote potentie voor het dragen van het spin-hoekmoment van het elektron over lange afstanden, waardoor het materiaal te gebruiken is voor 'spintronica' waar elektronenspins dienen als informatiedragers. In dit proefschrift bestudeer ik twee fundamentele problemen in spintronische apparaten op basis van grafeen: ten eerste, welke factoren het spintransport in grafeen beïnvloeden en ten tweede, hoe de spinstroom in grafeen te regelen is. Om deze problemen te bestuderen, voeren wij spin-transport experimenten uit in verschillende apparaatarchitecturen. We hebben gevonden dat magnetische onzuiverheden doorslaggevend zijn voor het spin-transport door de spintronische eigenschappen van grafeen in combinatie met magnetische porfyrinemoleculen te meten. Verder hebben we spinafhankelijke ruismetingen uitgevoerd in grafeen en vinden we dat de grootte van de spinruis drie tot vier ordes hoger is dan de grootte van het elektronische ruis. We schrijven dit gedrag toe aan onzuiverheden die de elektronspins sterker verstrooien dan elektronische lading. Om de spinstroom in grafeen te regelen, combineren we grafeen met een ander 2D-materiaal, wolfraamdisulfide (WS2) en fabriceren we grafeen-WS2 heterostructuren. We hebben uitgevonden dat spin-transport sterk wordt onderdrukt in grafeen dat in contact staat met WS2 als gevolg van de versterking van spin-baankoppeling in grafeen. Deze eigenschap kan ook worden geregeld via een extern elektrisch veld. De verkregen resultaten kunnen worden gebruikt om de prestaties van toekomstige op grafeen gebaseerde spintronische apparaten te verbeteren en om de eerste op grafeen gebaseerde spin-transistor te demonstreren.