Forskere måler med succes nogle af elektronernes kvanteegenskaber i 2-D halvledere

En gruppe spintronics -forskere ved EPFL bruger nye materialer til at afsløre flere af elektronernes mange muligheder. Spintronikområdet søger at udnytte kvanteegenskaberne ved "spin, "udtrykket bruges ofte til at beskrive en af ​​de grundlæggende egenskaber ved elementarpartikler - i dette tilfælde, elektroner. Dette er blandt de mest banebrydende forskningsområder inden for elektronik i dag.

Forskere, der arbejder i laboratoriet for nanoskalaelektronik og -strukturer (LANES), som drives af professor Andras Kis, var i stand til at kvantificere disse kvanteegenskaber for en kategori af todimensionale halvledere kaldet overgangsmetal-dichalcogenider, eller TMDC'er. Deres forskningsprojekter, som blev offentliggjort for nylig i ACS Nano og i dag i Naturkommunikation , bekræfte, at materialer som grafen (C), molybdenit (MoS2) og wolframdiselenid (WSe2) tilbyder, enten alene eller ved at kombinere nogle af deres egenskaber, nye perspektiver inden for elektronik - perspektiver, der i sidste ende kan føre til mindre chips, der genererer mindre varme.

"Med de metoder, vi for nylig har udviklet, vi har vist, at det er muligt at få adgang til spin i disse TMDC -materialer, kvantificere det og bruge det til at introducere nye funktionaliteter, «siger Kis.

Alt dette foregår i ekstremt lille skala. For at få adgang til disse kvanteegenskaber, forskerne skal arbejde med materialer af høj kvalitet. "Hvis vi vil undersøge visse egenskaber ved elektroner, herunder deres energi, vi skal være i stand til at se dem bevæge sig over relativt lange afstande, uden at der er for meget spredning eller forstyrrelse, "forklarer Kis.

I form af bølger

Forskernes metode giver dem mulighed for at opnå prøver af tilstrækkelig kvalitet både til at observere, hvordan elektroner bevæger sig rundt i form af bølger og til at kvantificere deres energi.

Men LANES -teamet kunne også få adgang til en anden kvanteegenskab. Spins af elektroner og huller i denne type af en 2D halvleder kan være i en af ​​to tilstande, som konventionelt beskrives som orienteret opad - spin op - eller nedad - spin ned. Deres energi vil være lidt forskellig i hver af disse to tilstande. Det kaldes spin -splitting, og EPFL -forskerne har målt det for første gang for elektroner i TMDC -materialer. I den anden publikation, forskerne skrev om, hvordan de brugte spindelingen i en TMDC for at indføre polariserede spinstrømme i grafen uden at bruge et magnetfelt.

Disse opdagelser er et skridt fremad for det nye felt inden for spintronics og gør det stadig mere sandsynligt, at en anden egenskab af ladningsbærere - dvs. spin, ud over den elektriske ladning - vil spille en rolle i morgendagens elektroniske enheder.