Tager 2D-materialer på tur

Forskere fra University of Tsukuba og en videnskabsmand fra Institute of High Pressure Physics opdagede og kortlagde de elektroniske spins, der bevægede sig i en fungerende transistor lavet af molybdændisulfid. Denne forskning kan føre til meget hurtigere computere, der udnytter elektronernes naturlige magnetisme, i modsætning til blot deres afgift.

Spintronics er et nyt område inden for kondenseret stoffysik, der forsøger at bruge elektronernes iboende magnetiske moment, kaldet 'spin, ' for at udføre beregninger. Dette ville være et stort fremskridt i forhold til al eksisterende elektronik, der udelukkende er afhængig af elektronladningen. Imidlertid, det er svært at opdage disse spins, og der er mange ubekendte med hensyn til materialer, der kan understøtte transporten af ​​spin-polariserede elektroner.

Nu, et internationalt forskerhold ledet af afdelingen for materialevidenskab ved University of Tsukuba har med succes brugt elektronspinresonans (ESR) til at overvåge antallet og placeringen af ​​uparrede spins, der løber gennem en molybdændisulfidtransistor. ESR bruger det samme fysiske princip som MR-maskinerne, der skaber medicinske billeder. Spinsene er udsat for et meget stærkt magnetfelt, hvilket skaber en energiforskel mellem elektroner med spins justeret og anti-alignet med feltet. Absorbansen af ​​fotoner, der matcher dette energigab, kan måles for at bestemme tilstedeværelsen af ​​uparrede elektronspin.

Forsøget krævede, at prøven blev afkølet til kun fire grader over det absolutte nulpunkt, og transistoren skal være i drift, mens spindene måles. "ESR-signalerne blev målt samtidigt med dræn- og gatestrømmene, " siger den tilsvarende forfatter professor Kazuhiro Marumoto. "Teoretiske beregninger identificerede yderligere oprindelsen af ​​spins, " siger medforfatter professor Małgorzata Wierzbowska. Molybdændisulfid blev brugt, fordi dets atomer naturligt danner en næsten flad todimensionel struktur. Molybdænatomerne danner et plan med et lag af sulfidioner over og under.

Holdet fandt ud af, at opladning af systemet med de ekstra elektroner i en proces kaldet n-type doping var vigtig for at skabe spins. "I modsætning til tidligere arbejde med andre 2D-materialer, n-type doping gjorde det muligt for os at opnå bedre kontrol over de elektroniske spins, Professorer Marumoto og Wierzbowska forklarer. Forskerne mener, at molybdændisulfid vil vise sig at være et vigtigt teststed for spintroniske enheder, efterhånden som teknologien udvikler sig mod fremtidige forbrugerprodukter.