Wetenschappers van de Universiteit van Tsukuba en een wetenschapper van het Institute of High Pressure Physics hebben de elektronische spins gedetecteerd en in kaart gebracht die bewegen in een werkende transistor gemaakt van molybdeendisulfide. Dit onderzoek kan leiden tot veel snellere computers die profiteren van het natuurlijke magnetisme van elektronen, in tegenstelling tot alleen hun aanklacht.

Spintronica is een nieuw gebied van de fysica van de gecondenseerde materie dat probeert het intrinsieke magnetische moment van elektronen te gebruiken, genaamd 'spins, ' om berekeningen uit te voeren. Dit zou een grote vooruitgang zijn ten opzichte van alle bestaande elektronica die uitsluitend afhankelijk is van de elektronenlading. Echter, het is moeilijk om deze spins te detecteren, en er zijn veel onbekenden met betrekking tot materialen die het transport van spin-gepolariseerde elektronen kunnen ondersteunen.

Nutsvoorzieningen, een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de afdeling Materiaalwetenschappen van de Universiteit van Tsukuba heeft met succes elektronenspinresonantie (ESR) gebruikt om het aantal en de locatie van ongepaarde spins die door een molybdeendisulfidetransistor stromen te controleren. ESR gebruikt hetzelfde fysieke principe als de MRI-machines die medische beelden maken. De spins zijn onderhevig aan een zeer sterk magnetisch veld, die een energieverschil creëert tussen elektronen met spins uitgelijnd en anti-uitgelijnd met het veld. De absorptie van fotonen die overeenkomen met deze energiekloof kan worden gemeten om de aanwezigheid van ongepaarde elektronenspins te bepalen.

Het experiment vereiste dat het monster werd gekoeld tot slechts vier graden boven het absolute nulpunt, en de transistor die in bedrijf is terwijl de spins worden gemeten. "De ESR-signalen werden gelijktijdig gemeten met de afvoer- en poortstromen, De corresponderende auteur Professor Kazuhiro Marumoto zegt. "Theoretische berekeningen identificeerden verder de oorsprong van de spins, " zegt co-auteur professor Małgorzata Wierzbowska. Molybdeendisulfide werd gebruikt omdat de atomen van nature een bijna platte tweedimensionale structuur vormen. De molybdeenatomen vormen een vlak met een laag sulfide-ionen boven en onder.

Het team ontdekte dat het opladen van het systeem met de extra elektronen in een proces dat n-type doping wordt genoemd, belangrijk was voor het creëren van de spins. "In tegenstelling tot eerder werk aan andere 2D-materialen, de n-type doping stelde ons in staat om een ​​betere controle over de elektronische spins te krijgen, " Professoren Marumoto en Wierzbowska leggen uit. De wetenschappers geloven dat molybdeendisulfide een belangrijk testbed zal blijken te zijn voor spintronische apparaten naarmate de technologie vordert naar toekomstige consumentenproducten.