Ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) рассказали о первой успешной демонстрации электрического генерирования долинных электронов в двумерном полупроводнике. Новое достижение может ускорить появление нового типа электронных схем, использующих три степени свободы — заряд, спин и долина — для кодирования в электроне восьми бит информации вместо двух в современной электронике. Это означает, что компьютерные чипы смогут обрабатывать больше информации с меньшими затратами энергии.

Использовавшийся в эксперименте 2D-полупроводник относится к классу дихалькогенидов переходных металлов (TMDC) и имеет в своём энергетическом «ландшафте» две отдельные долины противоположных спинов и импульсов. Благодаря этому материал подходит для создания волитронных устройств, в которых обработка и запись информации осуществляется избирательным заселением одной или другой долины.

Однако такие устройства нуждаются в электрическом контроле долинных электронов, реализовать который оказалось непростым делом. В Berkeley Lab, ученые добились этого, соединив основу из ферромагнитного полупроводника с монослоем TMDC. Ввод электрического спина из ферромагнитного полупроводника локализовал носители заряда в одной импульсной долине монослоя TDMC.

Важное значение имеет то, что авторы смогли электрически возбуждать и удерживать носители только в одной из двух долин. Это достигалось манипулированием поляризацией спина носителей, вводимых в монослой TMDC.

Два типа долин испускали свет с разной круговой поляризацией, наблюдая который ученые смогли получить решающее подтверждение успешного электрического генерирования долинных электронов в TMDC.

«Наше исследование решает две основных проблемы волитронных устройств. Первая это электрическая локализация электронов в одной импульсной долине. Вторая заключается в обнаружении итогового поляризованного долинного тока по круговой поляризации электролюминесценции, — заявил главный автор статьи, Юй Е (Yu Ye). — Прямое электрическое генерирование и контроль долинных носителей заряда в TMDC открывает новые измерения в использовании спиновых и долинных степеней свободы в следующем поколении электроники и компьютеров».