科学家绘制二维晶体管中的电子自旋图

绘制MoS₂晶体管中电子自旋图像，为新型自旋电子计算机开辟道路

来自筑波大学和波兰高压物理研究所的科学家们检测并绘制出由MoS₂制成工作晶体管中移动的电子自旋图。这项研究可能会带来速度更快的计算机，因为利用了电子的自然磁性，而不仅仅是电荷。

自旋电子学是凝聚态物理学的一个新领域，它试图利用电子的固有磁矩（称为 "自旋"）来进行计算。相对于现有的仅依靠电子电荷的电子学，这是一个重大进步。但是，这些自旋很难被检测到，而且能够支持自旋极化电子传输的材料还有很多未知数。

现在，由筑波大学材料学领导的国际研究团队已成功地利用电子自旋共振（ESR）来监视通过MoS₂晶体管进行的未配对自旋的数量和位置。电子自旋共振（ESR）使用的物理原理与制作医学图像的MRI机器相同。自旋受到非常强的磁场的作用，在与场对齐和反对齐的电子之间产生了能量差。可以通过测量与这个能隙相匹配的光子的吸光度来确定非配对电子自旋的存在。

实验要求将样品冷却至比绝对零度仅高出四度的温度，并且在测量自旋的同时使晶体管处于工作状态。作者Kazuhiro Marumoto说：“ ESR信号是与漏极和栅极电流同时测量的。” 合著者Malgorzata Wierzbowska说：“理论计算进一步确定了自旋的起源。” 使用MoS₂是因为其原子自然形成了近乎平面的二维结构。钼原子形成一个平面，在其上方和下方都有一层硫化物离子。

研究小组发现，在被称为n型掺杂的过程中，为该系统注入额外的电子对产生自旋很重要。"与在其他2D材料上的工作相比，n型掺杂使我们能够更好地控制电子自旋，"Marumoto和Wierzbowska解释说。科学家们相信，未来的技术将朝向消费产品发展，MoS₂将被证明是测试自旋电子器件的重要平台。

参考文献：

'Spin-states in MoS₂ thin-film transistors distinguished by operando electron spin resonance' by Naho Tsunetomo et al; Communications Materials (2021)

声明：本篇文章属于原创，拒绝转载，如果需要转载，请联系我们，联系电话：0755-25988571。