I ricercatori dell'Università di Tokyo hanno dimostrato un dispositivo a corrente di valle controllabile elettricamente che potrebbe aprire la strada a dispositivi "valleytronics" a bassissima potenza.

Sulla scala atomica, la materia si comporta sia come una particella che come un'onda. elettroni, perciò, hanno una lunghezza d'onda associata che di solito può avere molti valori diversi. Nei sistemi cristallini invece, certe lunghezze d'onda possono essere favorite. Grafene, Per esempio, ha due lunghezze d'onda preferite note come K e K' (K primo). Ciò significa che due elettroni nel grafene possono avere la stessa energia ma lunghezze d'onda diverse - o, per dirla in un altro modo, diversa "valle".

L'elettronica usa la carica per rappresentare le informazioni, ma quando la carica scorre attraverso un materiale, una parte dell'energia viene dissipata sotto forma di calore, un problema per tutti i dispositivi elettronici in uso oggi. Però, se la stessa quantità di elettroni in un canale scorre in direzioni opposte, non viene trasferita alcuna carica netta e non viene dissipato calore, ma in un normale dispositivo elettronico ciò significherebbe che non è stata trasmessa alcuna informazione. Un dispositivo Valleytronics che trasmette informazioni utilizzando la corrente di valle pura, dove gli elettroni con la stessa valle scorrono in una direzione, non avrebbe questa limitazione, e offre un percorso per realizzare dispositivi a bassissima potenza.

Gli studi sperimentali sulle correnti di valle sono iniziati solo di recente. È stato dimostrato il controllo della corrente di valle in un monostrato di grafene, ma solo in condizioni molto specifiche e con limitato controllo della conversione da corrente di carica a corrente di valle. Affinché la corrente di valle sia una valida alternativa per caricare l'elettronica moderna basata sulla corrente, è necessario controllare la conversione tra corrente di carica e corrente di valle su un ampio intervallo ad alte temperature.

Ora, Il gruppo di ricerca del professor Seigo Tarucha presso il Dipartimento di Fisica Applicata presso la Graduate School of Engineering ha creato un dispositivo di corrente di valle controllabile elettricamente che converte la corrente elettrica convenzionale in corrente di valle, lo fa passare attraverso un lungo canale (3,5 micron), quindi riconverte la corrente di valle in corrente di carica che può essere rilevata da una tensione misurabile. Il gruppo di ricerca ha utilizzato un doppio strato di grafene inserito tra due strati isolanti, con l'intero dispositivo racchiuso tra due strati conduttori o "porte", consentendo il controllo della valle.

Il gruppo ha trasferito la corrente di valle su una distanza sufficientemente ampia da escludere altre possibili spiegazioni concorrenti per i loro risultati ed è stato in grado di controllare l'efficienza della conversione della corrente di valle su un ampio intervallo. Il dispositivo ha funzionato anche a temperature molto più alte del previsto. "Di solito misuriamo i nostri dispositivi a temperature inferiori al punto di liquefazione dell'elio (-268,95 C, appena 4,2 K sopra lo zero assoluto) per rilevare questo tipo di fenomeni, "dice il dottor Yamamoto, un membro del gruppo di ricerca. "Siamo rimasti sorpresi dal fatto che il segnale potesse essere rilevato anche a -203,15 C (70 K). In futuro, potrebbe essere possibile sviluppare dispositivi in ​​grado di funzionare a temperatura ambiente".

"Valle corrente, a differenza della corrente di carica non è dissipativa. Ciò significa che nessuna energia viene persa durante il trasferimento di informazioni, " dice il professor Tarucha. Continua, "Con il consumo di energia che sta diventando un problema importante nell'elettronica moderna, i dispositivi basati sulla corrente della valle aprono una nuova direzione per i futuri dispositivi di elaborazione a bassissimo consumo energetico."