Yoshihiro Iwasa e colleghi del RIKEN Center for Emergent Matter Science, l'Università di Tokyo e l'Università di Hiroshima hanno scoperto che i film ultrasottili di un materiale semiconduttore hanno proprietà che costituiscono la base per un nuovo tipo di elettronica a bassa potenza, chiamato 'valleytronics'.

Negozio di componenti elettronici, trasmettere ed elaborare informazioni utilizzando la carica elettrica di un elettrone. L'uso della carica, però, richiede il movimento fisico di elettroni da un punto all'altro, che può consumare una grande quantità di energia, in particolare nelle applicazioni informatiche. I ricercatori sono quindi alla ricerca di modi per sfruttare altre proprietà degli elettroni, come lo 'spin' di un elettrone, come supporti dati nella speranza che ciò porti a dispositivi che consumano meno energia.

Valleytronics si basa sul comportamento quantistico degli elettroni in termini di struttura a bande elettroniche di un materiale. "I semiconduttori e gli isolanti derivano le loro proprietà elettriche da uno spazio tra la banda più alta occupata dagli elettroni, nota come banda di valenza, e la banda non occupata più bassa o "banda di conduzione" nella struttura della banda, " spiega Iwasa. "Se ci sono due o più cali nella banda di conduzione o picchi nella banda di valenza, diciamo che la struttura a bande contiene valli."

L'uso di questa proprietà della valle degli elettroni per codificare le informazioni senza che gli elettroni si muovano fisicamente è il principio centrale della valletronica. Iwasa e i suoi collaboratori hanno combinato calcoli teorici con una tecnica sperimentale di spettroscopia fotoelettronica risolta in spin e angoli per identificare tali valli nella struttura a bande di uno strato ultrasottile di bisolfuro di molibdeno dello spessore di pochi atomi.

Il bisolfuro di molibdeno è un membro di una famiglia di materiali noti come dicalcogenuri di metalli di transizione, che sono attualmente al centro di un'intensa ricerca a causa delle proprietà elettroniche insolite che mostrano quando vengono preparati in strati bidimensionali. Iwasa e il suo team hanno creato film costituiti da uno a quattro strati atomici di bisolfuro di molibdeno. La maggior parte degli studi precedenti su questo materiale si sono concentrati su film in cui ogni strato è l'immagine speculare di quello sottostante. Anziché, gli atomi in ogni strato di bisolfuro di molibdeno nei film creati dal team di Iwasa erano leggermente spostati da quelli nel livello bidimensionale sottostante (Fig. 1). Questa rottura della simmetria del film ha fatto sì che i ricercatori fossero anche in grado di sfruttare lo spin degli elettroni. "Abbiamo scoperto un forte accoppiamento tra la valle e i gradi di libertà di spin, "dice Iwasa.

I ricercatori sperano di dimostrare i prototipi della valleytronics basati sul disolfuro di molibdeno e di esplorare altri materiali con funzioni valleytronics al fine di espandere la frontiera della valletronica.