Este esquema muestra una monocapa TMDC acoplada con un semiconductor ferromagnético anfitrión, que es un enfoque experimental desarrollado por científicos de Berkeley Lab que podría conducir a dispositivos Valleytronic. La polarización del valle se puede determinar directamente a partir de la helicidad de la electroluminiscencia emitida, mostrado por la flecha naranja, como resultado de orificios con polarización de giro inyectados eléctricamente a la monocapa TMDC, mostrado por la flecha azul. La flecha negra representa la dirección del campo magnético aplicado. Crédito:Berkeley Lab
Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. (Berkeley Lab) han dado un gran paso hacia la aplicación práctica de "Valleytronics, "que es un nuevo tipo de electrónica que podría conducir a sistemas lógicos informáticos y chips de almacenamiento de datos más rápidos y eficientes en dispositivos de próxima generación.
Como se informó en línea el 4 de abril en la revista Nanotecnología de la naturaleza , los científicos demostraron experimentalmente, por primera vez, la capacidad de generar y controlar eléctricamente electrones valle en un semiconductor bidimensional.
Los electrones de valle se denominan así porque llevan un "grado de libertad" de valle. Esta es una nueva forma de aprovechar los electrones para el procesamiento de información, además de utilizar otros grados de libertad de un electrón, que son espín cuántico en dispositivos espintrónicos y se cargan en la electrónica convencional.
Más específicamente, Los valles electrónicos se refieren a los picos y valles de energía en las bandas electrónicas. Un semiconductor bidimensional llamado dicalcogenuro de metal de transición (TMDC) tiene dos valles distinguibles de espín y momento opuestos. Debido a esto, el material es adecuado para dispositivos Valleytronic, en el que el procesamiento y almacenamiento de la información podría llevarse a cabo poblando selectivamente un valle u otro.
Sin embargo, El desarrollo de dispositivos Valleytronic requiere el control eléctrico sobre la población de electrones Valley. un paso que ha demostrado ser muy difícil de lograr hasta ahora.
Ahora, Los científicos de Berkeley Lab han demostrado experimentalmente la capacidad de generar y controlar eléctricamente electrones de valle en TMDC. Este es un avance especialmente importante porque se considera que los TMDC están más "preparados para dispositivos" que otros semiconductores que exhiben propiedades valleytronic.
"Esta es la primera demostración de excitación eléctrica y control de electrones de valle, que acelerará la próxima generación de electrónica y tecnología de la información, "dice Xiang Zhang, quien dirigió este estudio y quien es el director de la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab.
Zhang también ocupa la Cátedra Ernest S. Kuh en la Universidad de California (UC) Berkeley y es miembro del Instituto Kavli Energy NanoSciences en Berkeley. Varios otros científicos contribuyeron a este trabajo, incluido Yu Ye, Jun Xiao, Hailong Wang, Ziliang Ye, Hanyu Zhu, Mervin Zhao, Yuan Wang, Jianhua Zhao y Xiaobo Yin.
Su investigación podría conducir a un nuevo tipo de electrónica que utiliza los tres grados de libertad:carga, girar, y valle, que juntos podrían codificar un electrón con ocho bits de información en lugar de dos en la electrónica actual. Esto significa que los chips de computadora del futuro podrían procesar más información con menos energía, permitiendo tecnologías informáticas más rápidas y energéticamente eficientes.
"Los dispositivos Valleytronic tienen el potencial de transformar las comunicaciones de datos de alta velocidad y los dispositivos de bajo consumo, "dice Ye, investigador postdoctoral en el grupo de Zhang y autor principal del artículo.
Los científicos demostraron su enfoque acoplando un semiconductor ferromagnético anfitrión con una monocapa de TMDC. La inyección de espín eléctrico del semiconductor ferromagnético localizó los portadores de carga en un valle de impulso en la monocapa TMDC.
En tono rimbombante, los científicos pudieron excitar eléctricamente y confinar los portadores de carga en solo uno de los dos conjuntos de valles. Esto se logró manipulando las polarizaciones de espín del portador inyectado, en el que el giro y el valle se bloquean juntos en la monocapa TMDC.
Los dos conjuntos de valles emiten diferente luz polarizada circularmente. Los científicos observaron esta luz polarizada circularmente, lo que confirmó que habían inducido y controlado eléctricamente electrones valle con éxito en TMDC.
"Nuestra investigación resolvió dos desafíos principales en los dispositivos valleytronic. El primero es restringir eléctricamente los electrones a un valle de momento. El segundo es detectar la corriente polarizada en valle resultante por electroluminiscencia polarizada circular, "dice Ye." Nuestra generación eléctrica directa y el control de los portadores de carga del valle, en TMDC, abre nuevas dimensiones al utilizar los grados de libertad de giro y valle para la electrónica y la informática de próxima generación ".
