Figure 1 :Les positions des atomes dans le disulfure de molybdène conventionnel à quelques couches se reflètent d'une couche à l'autre (à gauche). Le bisulfure de molybdène dans lequel chaque couche est déplacée de celle du dessous (à droite) a un grand potentiel pour la «valleytronique». Crédit :R. Suzuki et al.
Yoshihiro Iwasa et ses collègues du RIKEN Center for Emergent Matter Science, l'Université de Tokyo et l'Université d'Hiroshima ont découvert que les films ultraminces d'un matériau semi-conducteur ont des propriétés qui constituent la base d'un nouveau type d'électronique à faible consommation, appelé «valleytronics».
Magasin de composants électroniques, transmettre et traiter des informations en utilisant la charge électrique d'un électron. L'utilisation des frais, cependant, nécessite le déplacement physique des électrons d'un point à un autre, qui peut consommer beaucoup d'énergie, notamment dans les applications informatiques. Les chercheurs cherchent donc des moyens d'exploiter d'autres propriétés des électrons, comme le « spin » d'un électron, comme supports de données dans l'espoir que cela conduira à des appareils qui consomment moins d'énergie.
Valleytronics est basé sur le comportement quantique des électrons en termes de structure de bande électronique d'un matériau. "Les semi-conducteurs et les isolants tirent leurs propriétés électriques d'un écart entre la bande la plus élevée occupée par les électrons, connue sous le nom de bande de valence, et la bande inoccupée la plus basse ou « bande de conduction » dans la structure de bande, " explique Iwasa. " S'il y a deux creux ou plus dans la bande de conduction ou des pics dans la bande de valence, nous disons que la structure de la bande contient des vallées."
L'utilisation de cette propriété de vallée des électrons pour coder des informations sans déplacer physiquement les électrons est le principe central de la valletronics. Iwasa et ses collaborateurs ont combiné des calculs théoriques avec une technique expérimentale de spectroscopie photoélectronique à résolution de spin et d'angle pour identifier de telles vallées dans la structure de bande d'une couche ultrafine de bisulfure de molybdène d'une épaisseur de quelques atomes seulement.
Le bisulfure de molybdène fait partie d'une famille de matériaux appelés dichalcogénures de métaux de transition, qui font actuellement l'objet d'intenses recherches en raison des propriétés électroniques inhabituelles qu'elles présentent lorsqu'elles sont préparées en couches bidimensionnelles. Iwasa et son équipe ont créé des films constitués d'une à quatre couches atomiques de bisulfure de molybdène. La plupart des études précédentes de ce matériau se sont concentrées sur des films dans lesquels chaque couche est l'image miroir de celle ci-dessous. Au lieu, les atomes de chaque couche de bisulfure de molybdène dans les films créés par l'équipe d'Iwasa étaient légèrement décalés par rapport à ceux du niveau bidimensionnel en dessous (Fig. 1). Cette rupture de la symétrie du film a permis aux chercheurs d'exploiter également le spin des électrons. "Nous avons découvert un fort couplage entre les degrés de liberté de la vallée et du spin, " dit Iwasa.
Les chercheurs espèrent faire la démonstration de prototypes valleytronics basés sur le bisulfure de molybdène et explorer d'autres matériaux dotés de fonctions valleytronics afin d'élargir la frontière de la valleytronics.
