Scienziati dell'Università di Tsukuba e uno scienziato dell'Istituto di fisica dell'alta pressione hanno rilevato e mappato gli spin elettronici che si muovono in un transistor funzionante fatto di bisolfuro di molibdeno. Questa ricerca potrebbe portare a computer molto più veloci che sfruttano il magnetismo naturale degli elettroni, in contrasto con la loro carica.

La spintronica è una nuova area della fisica della materia condensata che tenta di utilizzare il momento magnetico intrinseco degli elettroni, chiamato 'giri, ' per eseguire calcoli. Questo sarebbe un grande passo avanti rispetto a tutta l'elettronica esistente che si basa esclusivamente sulla carica dell'elettrone. Però, è difficile rilevare questi giri, e ci sono molte incognite riguardo ai materiali che possono supportare il trasporto di elettroni spin polarizzati.

Ora, un team di ricerca internazionale guidato dalla Divisione di Scienza dei materiali dell'Università di Tsukuba ha utilizzato con successo la risonanza di spin elettronico (ESR) per monitorare il numero e la posizione degli spin spaiati che attraversano un transistor al bisolfuro di molibdeno. L'ESR utilizza lo stesso principio fisico delle macchine per la risonanza magnetica che creano immagini mediche. Gli spin sono soggetti a un campo magnetico molto forte, che crea una differenza di energia tra gli elettroni con spin allineati e anti-allineati con il campo. L'assorbanza dei fotoni che corrispondono a questo gap energetico può essere misurata per determinare la presenza di spin di elettroni spaiati.

L'esperimento richiedeva il raffreddamento del campione a soli quattro gradi sopra lo zero assoluto, e il transistor sia in funzione durante la misurazione degli spin. "I segnali ESR sono stati misurati contemporaneamente alle correnti di drain e gate, ", afferma l'autore corrispondente, il professor Kazuhiro Marumoto. "I calcoli teorici hanno ulteriormente identificato le origini degli spin, ", afferma il coautore Professor Małgorzata Wierzbowska. Il bisolfuro di molibdeno è stato utilizzato perché i suoi atomi formano naturalmente una struttura bidimensionale quasi piatta. Gli atomi di molibdeno formano un piano con uno strato di ioni solfuro sopra e sotto.

Il team ha scoperto che caricare il sistema con gli elettroni aggiuntivi in ​​un processo chiamato drogaggio di tipo n era importante per creare gli spin. "In contrasto con il lavoro precedente su altri materiali 2D, il doping di tipo n ci ha permesso di ottenere un miglior controllo degli spin elettronici, " Spiegano i professori Marumoto e Wierzbowska. Gli scienziati ritengono che il disolfuro di molibdeno si rivelerà un importante banco di prova per i dispositivi spintronici man mano che la tecnologia avanza verso i futuri prodotti di consumo.