Des scientifiques de l'Université de Tsukuba et un scientifique de l'Institut de physique des hautes pressions ont détecté et cartographié les spins électroniques se déplaçant dans un transistor fonctionnel en bisulfure de molybdène. Cette recherche peut conduire à des ordinateurs beaucoup plus rapides qui tirent parti du magnétisme naturel des électrons, par opposition à seulement leur charge.

La spintronique est un nouveau domaine de la physique de la matière condensée qui tente d'utiliser le moment magnétique intrinsèque des électrons, appelé « tours », ' pour effectuer des calculs. Ce serait une avancée majeure par rapport à toute l'électronique existante qui repose uniquement sur la charge électronique. Cependant, il est difficile de détecter ces spins, et il existe de nombreuses inconnues concernant les matériaux qui peuvent supporter le transport d'électrons polarisés en spin.

Maintenant, une équipe de recherche internationale dirigée par la Division des sciences des matériaux de l'Université de Tsukuba a utilisé avec succès la résonance de spin électronique (ESR) pour surveiller le nombre et l'emplacement des spins non appariés traversant un transistor au bisulfure de molybdène. L'ESR utilise le même principe physique que les machines IRM qui créent des images médicales. Les spins sont soumis à un très fort champ magnétique, ce qui crée une différence d'énergie entre les électrons avec des spins alignés et anti-alignés avec le champ. L'absorbance des photons qui correspondent à cet écart énergétique peut être mesurée pour déterminer la présence de spins électroniques non appariés.

L'expérience nécessitait que l'échantillon soit refroidi à seulement quatre degrés au-dessus du zéro absolu, et le transistor doit fonctionner pendant que les spins sont mesurés. "Les signaux ESR ont été mesurés simultanément avec les courants de drain et de grille, ", explique l'auteur correspondant, le professeur Kazuhiro Marumoto. "Les calculs théoriques ont en outre identifié les origines des spins, ", explique le co-auteur, le professeur Małgorzata Wierzbowska. Le disulfure de molybdène a été utilisé car ses atomes forment naturellement une structure bidimensionnelle presque plate. Les atomes de molybdène forment un plan avec une couche d'ions sulfure au-dessus et en dessous.

L'équipe a découvert que charger le système avec les électrons supplémentaires dans un processus appelé dopage de type n était important pour créer les spins. "Contrairement aux travaux antérieurs sur d'autres matériaux 2D, le dopage de type n nous a permis de mieux contrôler les spins électroniques, " expliquent les professeurs Marumoto et Wierzbowska. Les scientifiques pensent que le bisulfure de molybdène s'avérera être un banc d'essai important pour les dispositifs spintroniques à mesure que la technologie progresse vers les futurs produits de consommation.