Un gruppo di ricercatori di spintronica dell'EPFL sta usando nuovi materiali per rivelare più delle numerose capacità degli elettroni. Il campo della spintronica cerca di sfruttare le proprietà quantistiche di "spin, " il termine spesso usato per descrivere una delle proprietà fondamentali delle particelle elementari - in questo caso, elettroni. Questa è oggi una delle aree di ricerca più all'avanguardia nel campo dell'elettronica.
Ricercatori che lavorano nel Laboratorio di Elettronica e Strutture su Nanoscala (LANES), che è gestito dal professor Andras Kis, sono stati in grado di quantificare queste proprietà quantistiche per una categoria di semiconduttori bidimensionali chiamati dicalcogenuri di metalli di transizione, o TMDC. I loro progetti di ricerca, che sono stati pubblicati di recente in ACS Nano e oggi in Comunicazioni sulla natura , confermare che materiali come il grafene (C), offerta di molibdenite (MoS2) e diseleniuro di tungsteno (WSe2), da soli o combinando alcune delle loro caratteristiche, nuove prospettive per il campo dell'elettronica - prospettive che potrebbero in definitiva portare a chip più piccoli che generano meno calore.
"Con i metodi che abbiamo recentemente sviluppato, abbiamo dimostrato che è possibile accedere allo spin in questi materiali TMDC, quantificarlo e utilizzarlo per introdurre nuove funzionalità, "dice Kis.
Tutto questo avviene su scala estremamente ridotta. Per accedere a queste proprietà quantistiche, i ricercatori devono lavorare con materiali di alta qualità. "Se vogliamo esaminare alcune caratteristiche degli elettroni, compresa la loro energia, dobbiamo essere in grado di vederli muoversi su distanze relativamente lunghe senza che ci sia troppa dispersione o interruzione, " spiega Kis.
Sotto forma di onde
Il metodo dei ricercatori consente loro di ottenere campioni di qualità sufficiente sia per osservare come si muovono gli elettroni sotto forma di onde sia per quantificare la loro energia.
Ma il team LANES è stato anche in grado di accedere a un'altra proprietà quantistica. Gli spin di elettroni e lacune in questo tipo di semiconduttore 2D possono trovarsi in uno dei due stati, che sono convenzionalmente descritti come orientati verso l'alto - spin up - o verso il basso - spin down. La loro energia sarà leggermente diversa in ciascuno di questi due stati. Questo è chiamato spin splitting, ei ricercatori dell'EPFL lo hanno misurato per la prima volta per gli elettroni nei materiali TMDC. Nella seconda pubblicazione, i ricercatori hanno scritto di come hanno usato lo spin splitting in un TMDC per introdurre correnti di spin polarizzate nel grafene senza utilizzare un campo magnetico.
Queste scoperte sono un passo avanti per il campo emergente della spintronica e rendono sempre più probabile che una diversa proprietà dei portatori di carica - cioè spin, oltre alla carica elettrica - giocherà un ruolo nei dispositivi elettronici di domani.
