In een doorbraak die de weg zou kunnen vrijmaken voor nieuwe soorten elektronische apparaten, hebben wetenschappers de allereerste elektrische manipulatie van de spins van elektronen in een tweedimensionaal materiaal aangetoond.

De ontdekking, gerapporteerd in het tijdschrift Nature, werd gedaan door een team van onderzoekers onder leiding van professor Stephen Park van de University of California, Berkeley. Het team gebruikte een materiaal genaamd molybdeendisulfide (MoS2), een tweedimensionale halfgeleider van slechts een paar atomen dik.

In conventionele elektronica wordt de stroom van elektronen geregeld door hun lading. In de spintronica worden de spins van elektronen echter ook gebruikt om informatie te coderen. Dit zou mogelijk kunnen leiden tot nieuwe soorten apparaten die sneller, energiezuiniger en veiliger zijn dan conventionele elektronica.

Het Berkeley-team was in staat om de spins van elektronen in MoS2 elektrisch te manipuleren door gebruik te maken van een techniek die spin-orbit-koppeling wordt genoemd. Spin-baankoppeling is een relativistisch effect dat optreedt wanneer de spin van een elektron interageert met het elektrische veld van de atoomkern.

Door het elektrische veld in de MoS2 zorgvuldig te controleren, konden de onderzoekers een spin-flip in de elektronen induceren, wat betekent dat de spins van de elektronen werden omgekeerd. Dit was de eerste keer dat elektrische manipulatie van elektronenspins werd gedemonstreerd in een tweedimensionaal materiaal.

De ontdekking betekent een belangrijke doorbraak op het gebied van spintronica. Het zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe soorten elektronische apparaten die gebaseerd zijn op de spins van elektronen in plaats van op hun lading. Deze apparaten kunnen worden gebruikt voor een verscheidenheid aan toepassingen, zoals gegevensopslag, computergebruik en detectie.

"Dit is een belangrijke mijlpaal in de ontwikkeling van spintronica", zegt professor Park. "We hebben aangetoond dat het mogelijk is om de spins van elektronen in een tweedimensionaal materiaal elektrisch te manipuleren. Dit opent nieuwe mogelijkheden voor de ontwikkeling van spintronische apparaten."

Het onderzoek werd gefinancierd door de National Science Foundation en het Amerikaanse ministerie van Energie.