En grupp spintronikforskare vid EPFL använder nytt material för att avslöja mer av elektronernas många möjligheter. Spintronikens område försöker utnyttja kvantegenskaperna hos "spin, "termen som ofta används för att beskriva en av de grundläggande egenskaperna hos elementära partiklar - i detta fall, elektroner. Detta är ett av de mest spetsiga forskningsområdena inom elektronik idag.

Forskare som arbetar i Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures (LANES), som drivs av professor Andras Kis, kunde kvantifiera dessa kvantegenskaper för en kategori av tvådimensionella halvledare som kallas övergångsmetalldikalkogenider, eller TMDC. Deras forskningsprojekt, som publicerades nyligen i ACS Nano och idag i Naturkommunikation , bekräfta att material som grafen (C), molybdenit (MoS2) och volfram diselenid (WSe2) erbjuder, antingen ensam eller genom att kombinera några av deras egenskaper, nya perspektiv för elektronikområdet - perspektiv som i slutändan kan leda till mindre chips som genererar mindre värme.

"Med de metoder vi nyligen utvecklat, vi har visat att det är möjligt att komma åt snurrningen i dessa TMDC -material, kvantifiera det och använd det för att introducera nya funktioner, säger Kis.

Allt detta sker i extremt liten skala. För att komma åt dessa kvantegenskaper, forskarna måste arbeta med högkvalitativa material. "Om vi ​​vill undersöka vissa egenskaper hos elektroner, inklusive deras energi, vi måste kunna se dem röra sig över relativt långa sträckor utan att det blir för mycket spridning eller avbrott, "förklarar Kis.

I form av vågor

Forskarnas metod gör att de kan få prover av tillräcklig kvalitet både för att observera hur elektroner rör sig i form av vågor och för att kvantifiera deras energi.

Men LANES -teamet kunde också komma åt en annan kvantegendom. Snurr av elektroner och hål i denna typ av en 2D halvledare kan vara i ett av två tillstånd, som konventionellt beskrivs som orienterade uppåt - snurra upp - eller nedåt - snurra ner. Deras energi kommer att vara något annorlunda i vart och ett av dessa två tillstånd. Det kallas centrifugering, och EPFL -forskarna har mätt det för första gången för elektroner i TMDC -material. I den andra publikationen, forskarna skrev om hur de använde spindelningen i en TMDC för att införa polariserade spinnströmmar i grafen utan att använda ett magnetfält.

Dessa upptäckter är ett steg framåt för det nya spintronikområdet och gör det allt mer troligt att en annan egenskap hos laddningsbärare - dvs. förutom den elektriska laddningen - kommer att spela en roll i morgondagens elektroniska enheter.