Yoshihiro Iwasa e colegas do RIKEN Center for Emergent Matter Science, a Universidade de Tóquio e a Universidade de Hiroshima descobriram que filmes ultrafinos de um material semicondutor têm propriedades que formam a base para um novo tipo de eletrônica de baixa potência, denominado 'valleytronics'.

Loja de componentes eletrônicos, transmitir e processar informações usando a carga elétrica de um elétron. O uso de carga, Contudo, requer a movimentação física de elétrons de um ponto a outro, que pode consumir muita energia, particularmente em aplicativos de computação. Os pesquisadores estão, portanto, procurando maneiras de aproveitar outras propriedades dos elétrons, como o 'spin' de um elétron, como portadores de dados na esperança de que isso leve a dispositivos que consumam menos energia.

Valleytronics é baseado no comportamento quântico dos elétrons em termos da estrutura de banda eletrônica de um material. "Semicondutores e isoladores derivam suas propriedades elétricas de uma lacuna entre a banda mais alta ocupada por elétrons, conhecida como banda de valência, e a menor banda desocupada ou 'banda de condução' na estrutura da banda, "explica Iwasa." Se houver duas ou mais quedas na banda de condução ou picos na banda de valência, dizemos que a estrutura da banda contém vales. "

Usar essa propriedade de vale dos elétrons para codificar informações sem mover os elétrons fisicamente é o princípio central da Valleytronics. Iwasa e seus colegas de trabalho combinaram cálculos teóricos com uma técnica experimental de espectroscopia de fotoelétrons resolvidos por spin e ângulo para identificar tais vales na estrutura de banda de uma camada ultrafina de dissulfeto de molibdênio com apenas alguns átomos de espessura.

O dissulfeto de molibdênio é um membro de uma família de materiais conhecidos como dichalcogenetos de metais de transição, que são atualmente o foco de intensa pesquisa por causa das propriedades eletrônicas incomuns que exibem quando preparados em camadas bidimensionais. Iwasa e sua equipe criaram filmes consistindo de uma a quatro camadas atômicas de dissulfeto de molibdênio. A maioria dos estudos anteriores desse material se concentrou em filmes nos quais cada camada é a imagem espelhada da camada abaixo. Em vez de, os átomos em cada camada de dissulfeto de molibdênio nos filmes criados pela equipe de Iwasa foram ligeiramente deslocados daqueles no nível bidimensional abaixo (Fig. 1). Essa quebra da simetria do filme significou que os pesquisadores também foram capazes de controlar o spin dos elétrons. "Descobrimos um forte acoplamento entre o vale e os graus de liberdade de rotação, "diz Iwasa.

Os pesquisadores esperam demonstrar protótipos Valleytrônicos baseados em dissulfeto de molibdênio e explorar outros materiais com funções Valleytrônicas, a fim de expandir a fronteira da Valleytrônica.