En una capa bidimensional de bisulfuro de molibdeno, la interacción electrón-electrón (hilos azules) obliga a alinear los giros de los electrones (esferas violetas). Crédito:Departamento de Física, Universidad de Basilea
Los físicos de la Universidad de Basilea han demostrado la alineación de espín de los electrones libres dentro de un material bidimensional. Escribiendo en la última edición de Nanotecnología de la naturaleza , describieron su observación de la polarización de espín espontánea, que no puede ocurrir en materiales bidimensionales ideales de acuerdo con un teorema bien conocido de la década de 1960.
Los materiales bidimensionales son objeto de numerosos estudios. Como tienen solo unas pocas capas atómicas de espesor, tienen diferentes propiedades físicas de sus equivalentes tridimensionales. Grafeno una sola capa de átomos de carbono dispuestos en un patrón de panal, promete ofrecer aplicaciones completamente nuevas gracias a sus notables propiedades electrónicas y es el ejemplo más conocido de este grupo de materiales innovadores.
El profesor Richard Warburton del Departamento de Física y el Instituto Suizo de Nanociencia de la Universidad de Basilea dirige un grupo que estudia materiales bidimensionales que también son adecuados para aplicaciones ópticas. Un candidato particularmente prometedor es una sola monocapa de disulfuro de molibdeno (MoS 2 ), ya que este material tiene una banda prohibida, a diferencia del grafeno, y por lo tanto puede emitir luz cuando se excita.
Todo en la misma direccion
Ahora, en los últimos análisis de capas bidimensionales de disulfuro de molibdeno, Los estudiantes de doctorado Jonas Roch y Nadine Leisgang han hecho un descubrimiento muy sorprendente. Llenaron el MoS 2 capa con electrones libres y luego lo expuso a un campo magnético débil.
Esto provocó que el momento angular intrínseco (espín) de todos los electrones libres apuntasen en la misma dirección, y el giro podría "cambiarse" a la otra dirección invirtiendo el campo magnético. Conocido como "polarización de espín espontánea, "Este fenómeno fue una completa sorpresa porque un teorema de la década de 1960 descarta la polarización de espín espontánea en un material bidimensional ideal.
"¿De dónde viene la polarización de espín? Los electrones interactúan entre sí, y el disulfuro de molibdeno también exhibe un acoplamiento de órbita-espín muy débil. Estos dos factores presumiblemente tienen una influencia masiva en el sistema, "explica Jonas Roch. La formulación del teorema de 1966 había supuesto una ausencia de interacción espín-órbita.
"Los resultados muestran lo emocionante que puede ser la física experimental, y cómo aprendemos constantemente cosas nuevas sobre materiales bidimensionales, "dice Richard Warburton.
