Een groep spintronica-onderzoekers van EPFL gebruikt nieuwe materialen om meer van de vele mogelijkheden van elektronen te onthullen. Het veld van spintronica probeert de kwantumeigenschappen van "spin, " de term die vaak wordt gebruikt om een ​​van de fundamentele eigenschappen van elementaire deeltjes te beschrijven - in dit geval, elektronen. Dit is tegenwoordig een van de meest geavanceerde onderzoeksgebieden in de elektronica.

Onderzoekers die werken in het Laboratorium voor Nanoschaal Elektronica en Structuren (LANES), die wordt geleid door professor Andras Kis, waren in staat om deze kwantumeigenschappen te kwantificeren voor een categorie van tweedimensionale halfgeleiders genaamd overgangsmetaal dichalcogeniden, of TMDC's. Hun onderzoeksprojecten, die onlangs zijn gepubliceerd in ACS Nano en vandaag binnen Natuurcommunicatie , bevestigen dat materialen zoals grafeen (C), molybdeniet (MoS2) en wolfraamdiselenide (WSe2) bieden, hetzij alleen, hetzij door een aantal van hun kenmerken te combineren, nieuwe perspectieven voor de elektronica - perspectieven die uiteindelijk kunnen leiden tot kleinere chips die minder warmte genereren.

"Met de methoden die we onlangs hebben ontwikkeld, we hebben aangetoond dat het mogelijk is om toegang te krijgen tot de spin in deze TMDC-materialen, kwantificeren en gebruiken om nieuwe functionaliteiten te introduceren, "zegt Kis.

Dit gebeurt allemaal op zeer kleine schaal. Om toegang te krijgen tot deze kwantumeigenschappen, de onderzoekers moeten werken met hoogwaardige materialen. "Als we bepaalde kenmerken van elektronen willen onderzoeken, inclusief hun energie, we moeten in staat zijn om ze over relatief lange afstanden te zien bewegen zonder dat er te veel verspreiding of verstoring is, " legt Kis uit.

In de vorm van golven

De methode van de onderzoekers stelt hen in staat om monsters van voldoende kwaliteit te verkrijgen, zowel om te observeren hoe elektronen zich in de vorm van golven bewegen als om hun energie te kwantificeren.

Maar het LANES-team had ook toegang tot een andere kwantumeigenschap. Spins van elektronen en gaten in dit type 2D-halfgeleider kunnen in twee toestanden zijn, die gewoonlijk worden beschreven als naar boven gericht - spin omhoog - of naar beneden - spin omlaag. Hun energie zal in elk van deze twee toestanden iets anders zijn. Dat heet spinsplitsen, en de EPFL-onderzoekers hebben het voor het eerst gemeten voor elektronen in TMDC-materialen. In de tweede publicatie de onderzoekers schreven hoe ze de spinsplitsing in een TMDC gebruikten om gepolariseerde spinstromen in grafeen te introduceren zonder een magnetisch veld te gebruiken.

Deze ontdekkingen zijn een stap voorwaarts voor het opkomende gebied van spintronica en maken het steeds waarschijnlijker dat een andere eigenschap van ladingsdragers - d.w.z. spin, naast de elektrische lading - zal een rol spelen in de elektronische apparaten van morgen.