I ett genombrott som kan bana väg för nya typer av elektroniska enheter har forskare visat den första elektriska manipulationen någonsin av elektronsnurr i ett tvådimensionellt material.

Upptäckten, som rapporteras i tidskriften Nature, gjordes av ett team av forskare under ledning av professor Stephen Park vid University of California, Berkeley. Teamet använde ett material som kallas molybdendisulfid (MoS2), som är en tvådimensionell halvledare som bara är några få atomer tjock.

I konventionell elektronik styrs flödet av elektroner av deras laddning. Men inom spintronik används elektronernas spinn också för att koda information. Detta kan potentiellt leda till nya typer av enheter som är snabbare, mer energieffektiva och säkrare än konventionell elektronik.

Berkeley-teamet kunde elektriskt manipulera elektronernas spinn i MoS2 genom att använda en teknik som kallas spin-omloppskoppling. Spinn-omloppskoppling är en relativistisk effekt som uppstår när en elektrons spinn interagerar med det elektriska fältet i atomkärnan.

Genom att noggrant kontrollera det elektriska fältet i MoS2 kunde forskarna framkalla en spin-flip i elektronerna, vilket innebär att elektronernas snurr var omvända. Detta var första gången som elektrisk manipulation av elektronsnurr hade demonstrerats i ett tvådimensionellt material.

Upptäckten är ett betydande genombrott inom området spintronics. Det kan leda till utvecklingen av nya typer av elektroniska enheter som är baserade på elektronsnurr snarare än deras laddning. Dessa enheter kan användas för en mängd olika applikationer, såsom datalagring, datoranvändning och avkänning.

"Detta är en viktig milstolpe i utvecklingen av spintronik", säger professor Park. "Vi har visat att det är möjligt att elektriskt manipulera elektronernas spinn i ett tvådimensionellt material. Detta öppnar för nya möjligheter för utveckling av spintroniska enheter."

Forskningen finansierades av National Science Foundation och US Department of Energy.