Des physiciens de l'Université de Bâle ont démontré l'alignement des spins des électrons libres dans un matériau bidimensionnel. Rédaction dans la dernière édition de Nature Nanotechnologie , ils ont décrit leur observation de la polarisation de spin spontanée, qui ne peut pas se produire dans des matériaux bidimensionnels idéaux selon un théorème bien connu des années 1960.

Les matériaux bidimensionnels font l'objet de nombreuses études. Comme ils n'ont que quelques couches atomiques d'épaisseur, ils ont des propriétés physiques différentes de leurs équivalents tridimensionnels. Graphène, une seule couche d'atomes de carbone disposés en nid d'abeilles, promet de fournir des applications entièrement nouvelles grâce à ses propriétés électroniques remarquables et est l'exemple le plus connu de ce groupe de matériaux innovants.

Le professeur Richard Warburton du Département de physique et de l'Institut suisse des nanosciences de l'Université de Bâle dirige un groupe qui étudie les matériaux bidimensionnels qui conviennent également aux applications optiques. Un candidat particulièrement prometteur est une monocouche unique de bisulfure de molybdène (MoS 2 ), car ce matériau a une bande interdite - contrairement au graphène - et peut donc émettre de la lumière lorsqu'il est excité.

Tout dans le même sens

Maintenant, dans les dernières analyses des couches bidimensionnelles de bisulfure de molybdène, Les doctorants Jonas Roch et Nadine Leisgang ont fait une découverte très surprenante. Ils ont rempli le MoS 2 couche avec des électrons libres et l'a ensuite exposée à un faible champ magnétique.

Cela a fait que le moment angulaire intrinsèque (spin) de tous les électrons libres pointe dans la même direction, et le spin pourrait être "basculé" dans l'autre sens en inversant le champ magnétique. Connue sous le nom de « polarisation de spin spontanée, " ce phénomène a été une surprise totale car un théorème des années 1960 exclut la polarisation de spin spontanée dans un matériau bidimensionnel idéal.

"D'où vient la polarisation de spin ? Les électrons interagissent les uns avec les autres, et le bisulfure de molybdène présente également un très faible couplage spin-orbite. Ces deux facteurs ont vraisemblablement une influence massive sur le système, " explique Jonas Roch. La formulation du théorème de 1966 avait supposé une absence d'interaction spin-orbite.

"Les résultats montrent à quel point la physique expérimentale peut être passionnante, et comment nous apprenons constamment de nouvelles choses sur les matériaux bidimensionnels, " dit Richard Warburton.