Badacze z Polski (UW oraz Politechnika Wrocławska), Włoch, USA, Francji, Singapuru, Czech i Japonii zaobserwowali zjawisko w monowarstwach stopów mieszanych, MoWSe2, które są materiałami o grubości trzech pojedynczych warstw atomowych.

Dzięki manipulacji składem chemicznym naukowcom udało się uzyskać rekordowe wartości tzw. g-czynnika, który opisuje, jak dany materiał reaguje na pole magnetyczne.

„W naszej publikacji pokazaliśmy, że w przypadku stopów dichalkogenków metali przejściowych na bazie molibdenu oraz wolframu do osiągnięcia tego celu wystarczy kontrola składu chemicznego monowarstwy” – wyjaśniła inż. Katarzyna Olkowska-Pucko, doktorantka z Wydziału Fizyki UW i pierwsza autorka pracy opublikowanej w czasopiśmie „Physical Review Letters”, cytowana w komunikacie Wydziału Fizyki UW (FUW).

Podczas badań w Warszawie i Grenoble zaobserwowano, że dodanie odpowiedniej ilości molibdenu do stopu MoWSe2 powoduje gwałtowne zmiany właściwości magnetycznych materiału. Wartość g-czynnika zmieniła się z poziomu –4 do rekordowych –10.

A to znaczy, że łatwiej będzie rozróżniać i kontrolować stany za pomocą zewnętrznego pola magnetycznego, co jest niezbędne do budowy przyszłych procesorów kwantowych i energooszczędnej elektroniki.

Za efekt ten odpowiada nowo zidentyfikowany mechanizm mikroskopowy. Polega on na mieszaniu się pasm energetycznych wewnątrz struktury półprzewodnika, co jest wywoływane przez lokalną niejednorodność stopu.

Odkrycie to otwiera realne perspektywy zastosowań technologicznych w urządzeniach wykorzystujących dolinotronikę (valleytronics). To dziedzina fizyki materii skondensowanej wykorzystująca tzw. doliny, ekstrema energii w strukturze pasmowej półprzewodników (np. dichalkogenków metali przejściowych) do kodowania i przetwarzania informacji. W porównaniu do klasycznych urządzeń opartych na ładunku lub spinie, dolinotronika oferuje mniejsze zużycie energii i większą wydajność obliczeniową, umożliwiając rozwój nowych technologii informatycznych.

W komunikacie FUW skomentowano, że odkryty mechanizm ma charakter ogólny i otwiera nowy kierunek badań, który można określić jako dolinotronika sterowana składem stopu (alloy-engineered valley physics).

„Zapewnia on prostą i skalowalną kontrolę właściwości magnetooptycznych materiałów 2D. Umożliwia też kodowanie, obróbkę i odczyt informacji w wybranych dolinach K⁺ i K⁻ za pomocą polaryzacji światła” – wskazał cytowany w komunikacie FUW dr hab. Maciej Molas, prof. UW.

Zdaniem naukowców dolinotronika sterowana składem stopu może w przyszłości pozwolić na budowę urządzeń zużywających znacznie mniej energii i oferujących większą wydajność obliczeniową niż obecne komputery. Dzięki uzyskaniu wysokich g-czynników, sterowanie informacją będzie możliwe nawet przy użyciu niewielkich pól magnetycznych.

Badania zostały sfinansowane m.in. przez Narodowe Centrum Nauki oraz Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

Nauka w Polsce

lt/ agt/