Un groupe de chercheurs en spintronique de l'EPFL utilise de nouveaux matériaux pour révéler davantage les nombreuses capacités des électrons. Le domaine de la spintronique cherche à exploiter les propriétés quantiques du "spin, " le terme souvent utilisé pour décrire l'une des propriétés fondamentales des particules élémentaires - dans ce cas, électrons. C'est aujourd'hui l'un des domaines de recherche les plus pointus en électronique.
Chercheurs travaillant au Laboratoire d'électronique et de structures à l'échelle nanométrique (LANES), qui est dirigé par le professeur Andras Kis, ont pu quantifier ces propriétés quantiques pour une catégorie de semi-conducteurs bidimensionnels appelés dichalcogénures de métaux de transition, ou TMDC. leurs projets de recherche, qui ont été publiés récemment dans ACS Nano et aujourd'hui dans Communication Nature , confirmer que des matériaux comme le graphène (C), offre molybdénite (MoS2) et diséléniure de tungstène (WSe2), soit seuls, soit en combinant certaines de leurs caractéristiques, de nouvelles perspectives pour le domaine de l'électronique - perspectives qui pourraient à terme conduire à des puces plus petites qui génèrent moins de chaleur.
"Avec les méthodes que nous avons récemment développées, nous avons montré qu'il est possible d'accéder au spin dans ces matériaux TMDC, le quantifier et l'utiliser pour introduire de nouvelles fonctionnalités, " dit Kis.
Tout cela se déroule à une échelle extrêmement petite. Pour accéder à ces propriétés quantiques, les chercheurs doivent travailler avec des matériaux de haute qualité. « Si nous voulons examiner certaines caractéristiques des électrons, y compris leur énergie, nous devons pouvoir les observer se déplacer sur des distances relativement longues sans qu'il y ait trop de dispersion ou de perturbation, " explique Kis.
Sous forme de vagues
La méthode des chercheurs leur permet d'obtenir des échantillons de qualité suffisante à la fois pour observer comment les électrons se déplacent sous forme d'ondes et pour quantifier leur énergie.
Mais l'équipe LANES a également pu accéder à une autre propriété quantique. Les spins d'électrons et les trous dans ce type de semi-conducteur 2D peuvent être dans l'un des deux états, qui sont classiquement décrits comme étant orientés vers le haut - spin up - ou vers le bas - spin down. Leur énergie sera légèrement différente dans chacun de ces deux états. C'est ce qu'on appelle le fractionnement de spin, et les chercheurs de l'EPFL l'ont mesuré pour la première fois pour les électrons dans les matériaux TMDC. Dans la deuxième édition, les chercheurs ont expliqué comment ils ont utilisé la division de spin dans un TMDC afin d'introduire des courants de spin polarisés dans le graphène sans utiliser de champ magnétique.
Ces découvertes sont un pas en avant pour le domaine émergent de la spintronique et rendent de plus en plus probable qu'une propriété différente des porteurs de charge - à savoir le spin, en plus de la charge électrique - jouera un rôle dans les appareils électroniques de demain.
