Спинтроника – это новая область физики конденсированного состояния, которая пытается использовать собственный магнитный момент электронов, называемый «спинами», для выполнения вычислений. Это было бы большим шагом вперед по сравнению со всей существующей электроникой, которая полагается исключительно на заряд электрона. Однако эти спины трудно обнаружить, и есть много неизвестных материалов, которые могут поддерживать перенос спин-поляризованных электронов.
Теперь международная исследовательская группа под руководством Отделения материаловедения Университета Цукубы успешно использовала электронный спиновой резонанс (ESR) для отслеживания количества и местоположения неспаренных спинов, проходящих через транзистор на основе дисульфида молибдена.
ESR использует тот же физический принцип, что и аппараты МРТ, которые создают медицинские изображения. Спины подвержены очень сильному магнитному полю, которое создает разницу в энергии между электронами со спинами, выровненными и анти-выровненными с полем.
Поглощение фотонов, которые соответствуют этой энергетической щели, можно измерить, чтобы определить наличие неспаренных электронных спинов.
Эксперимент требовал, чтобы образец был охлажден до температуры всего на четыре градуса выше абсолютного нуля, а транзистор работал, пока измеряются спины. «Сигналы ESR измерялись одновременно с токами стока и затвора», – говорит автор-корреспондент профессор Казухиро Марумото. «Теоретические расчеты дополнительно определили происхождение спинов», – сказал соавтор профессор Ма?Горзата Вежбовская говорит. Дисульфид молибдена был использован, потому что его атомы естественным образом образуют почти плоскую двумерную структуру.
Атомы молибдена образуют плоскость со слоем сульфид-ионов сверху и снизу.
Команда обнаружила, что зарядка системы дополнительными электронами в процессе, называемом легированием n-типа, важна для создания спинов. «В отличие от предыдущей работы над другими 2D-материалами, легирование n-типа позволило нам добиться лучшего контроля электронных спинов», – объясняют профессора Марумото и Вежбовска.
Ученые полагают, что дисульфид молибдена станет важным испытательным полигоном для устройств спинтроники, поскольку технология продвигается к будущим потребительским товарам.