Une équipe de recherche européenne menée par des physiciens de l’Académie slovaque des sciences a proposé une nouvelle stratégie pour contrôler les courants de spin dans le graphène, en le couplant à une monocouche ferroélectrique d’In₂Se₃. Les simulations par principes premiers et par liaison forte confirment que la commutation ferroélectrique d’In₂Se₃ peut inverser la direction du courant de spin dans le graphène, jouant ainsi le rôle d’un interrupteur électrique de spin. Cette découverte ouvre une nouvelle voie vers le développement de dispositifs spintroniques économes en énergie, non volatils et sans aimant, marquant un progrès clé dans la réalisation de systèmes logiques et de mémoire spin de prochaine génération capables de contrôler les textures de spin.
La spintronique, direction de pointe de la nanoélectronique, vise à traiter l’information par le transport de spin des électrons. Par rapport aux dispositifs électroniques classiques basés sur la charge, elle promet une réduction drastique de la consommation et de la dissipation thermique, une vitesse de fonctionnement accrue et un stockage de données non volatil. Cependant, la maîtrise précise et peu énergivore du courant de spin sans champ magnétique externe reste l’obstacle fondamental au développement du domaine. Les matériaux bidimensionnels, en particulier le graphène, sont des candidats idéaux grâce à leur mobilité électronique exceptionnelle et à leur long temps de relaxation de spin, mais leur couplage spin-orbite intrinsèque faible limite le contrôle direct. Les chercheurs explorent donc l’empilement de graphène avec d’autres matériaux 2D pour former des hétérostructures de van der Waals, conférant de nouvelles fonctionnalités par effet de proximité.
L’équipe propose une plateforme hétérostructure graphène/In₂Se₃ inédite, exploitant l’effet de proximité de la polarisation ferroélectrique d’In₂Se₃ pour moduler le couplage spin-orbite du graphène. Ils découvrent que l’inversion de la polarisation d’In₂Se₃ inverse le signe de l’effet Rashba-Edelstein, modifiant la chiralité de la texture de spin et la direction du courant de spin, sans champ magnétique et avec une consommation énergétique extrêmement faible. L’étude de deux configurations d’hétérostructures montre que l’inversion de la polarisation ferroélectrique d’In₂Se₃ inverse également le signe du coefficient de conversion charge-spin, réalisant une fonction de « commutateur de chiralité » électrique du courant de spin. Ces résultats fournissent une base théorique pour des transistors à spin contrôlés par commutation ferroélectrique à base de graphène et devraient favoriser le développement de dispositifs logiques et de mémoire spin à faible consommation et haute vitesse.
