Natuurkundigen van de Universiteit van Basel hebben spin-uitlijning van vrije elektronen in een tweedimensionaal materiaal aangetoond. Schrijven in de laatste editie van Natuur Nanotechnologie , beschreven ze hun waarneming van spontane spinpolarisatie, die volgens een bekende stelling uit de jaren zestig niet kan voorkomen in ideale tweedimensionale materialen.

Tweedimensionale materialen zijn onderwerp van talrijke studies. Omdat ze maar een paar atoomlagen dik zijn, ze hebben verschillende fysieke eigenschappen van hun driedimensionale equivalenten. grafeen, een enkele laag koolstofatomen gerangschikt in een honingraatpatroon, belooft geheel nieuwe toepassingen te leveren dankzij zijn opmerkelijke elektronische eigenschappen en is het bekendste voorbeeld van deze groep innovatieve materialen.

Professor Richard Warburton van de afdeling Natuurkunde en het Zwitserse Nanoscience Institute van de Universiteit van Basel leidt een groep die tweedimensionale materialen bestudeert die ook geschikt zijn voor optische toepassingen. Een bijzonder veelbelovende kandidaat is een enkele monolaag van molybdeendisulfide (MoS ₂ ), omdat dit materiaal een band gap heeft - in tegenstelling tot grafeen - en daarom licht kan uitstralen wanneer het wordt opgewonden.

Allemaal in dezelfde richting

Nutsvoorzieningen, in de nieuwste analyses van tweedimensionale molybdeendisulfidelagen, promovendi Jonas Roch en Nadine Leisgang hebben een zeer verrassende ontdekking gedaan. Ze vulden de MoS ₂ laag met vrije elektronen en vervolgens blootgesteld aan een zwak magnetisch veld.

Dit zorgde ervoor dat het intrinsieke impulsmoment (spin) van alle vrije elektronen in dezelfde richting wees, en de spin zou in de andere richting kunnen worden "geschakeld" door het magnetische veld om te keren. Bekend als "spontane spinpolarisatie, " dit fenomeen kwam als een complete verrassing omdat een stelling uit de jaren zestig spontane spinpolarisatie in een ideaal tweedimensionaal materiaal uitsluit.

"Waar komt de spinpolarisatie vandaan? De elektronen interageren met elkaar, en molybdeendisulfide vertoont ook een zeer zwakke spin-baankoppeling. Deze twee factoren hebben vermoedelijk een enorme invloed op het systeem, " legt Jonas Roch uit. Bij de formulering van de stelling van 1966 was uitgegaan van een afwezigheid van spin-baaninteractie.

"De resultaten laten zien hoe opwindend experimentele fysica kan zijn, en hoe we voortdurend nieuwe dingen leren over tweedimensionale materialen, ', zegt Richard Warburton.