p Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (Berkeley Lab) deram um grande passo em direção à aplicação prática de "valleytronics, "que é um novo tipo de eletrônica que pode levar a sistemas lógicos de computador e chips de armazenamento de dados mais rápidos e eficientes em dispositivos de próxima geração. p Conforme relatado online em 4 de abril no jornal Nature Nanotechnology , os cientistas demonstraram experimentalmente, pela primeira vez, a capacidade de gerar eletricamente e controlar vales de elétrons em um semicondutor bidimensional.

p Os elétrons do vale são assim chamados porque carregam um "grau de liberdade" do vale. Esta é uma nova maneira de aproveitar os elétrons para o processamento de informações, além de utilizar os outros graus de liberdade de um elétron, que são spin quânticas em dispositivos spintrônicos e carregam em eletrônica convencional.

p Mais especificamente, vales eletrônicos referem-se aos picos e vales de energia em faixas eletrônicas. Um semicondutor bidimensional chamado dichalcogeneto de metal de transição (TMDC) tem dois vales distintos de spin e momento opostos. Por causa disso, o material é adequado para dispositivos Valleytronic, em que o processamento e armazenamento de informações poderiam ser realizados populando seletivamente um vale ou outro.

p Contudo, o desenvolvimento de dispositivos valleytronic requer o controle elétrico sobre a população de elétrons de vale, uma etapa que se mostrou muito desafiadora de alcançar até agora.

p Agora, Os cientistas do Berkeley Lab demonstraram experimentalmente a capacidade de gerar eletricamente e controlar vales de elétrons em TMDCs. Este é um avanço especialmente importante porque TMDCs são considerados mais "prontos para dispositivos" do que outros semicondutores que exibem propriedades valleytronic.

p "Esta é a primeira demonstração de excitação elétrica e controle de elétrons de vale, que irá acelerar a próxima geração de eletrônicos e tecnologia da informação, "diz Xiang Zhang, quem liderou este estudo e quem é o diretor da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab.

p Zhang também possui a cadeira com dotação Ernest S. Kuh na University of California (UC) Berkeley e é membro do Kavli Energy NanoSciences Institute em Berkeley. Vários outros cientistas contribuíram para este trabalho, incluindo Yu Ye, Jun Xiao, Hailong Wang, Ziliang Ye, Hanyu Zhu, Mervin Zhao, Yuan Wang, Jianhua Zhao e Xiaobo Yin.

p Sua pesquisa pode levar a um novo tipo de eletrônica que utiliza todos os três graus de liberdade - carga, rodar, e vale, que, juntos, poderiam codificar um elétron com oito bits de informação em vez de dois na eletrônica de hoje. Isso significa que futuros chips de computador podem processar mais informações com menos energia, permitindo tecnologias de computação mais rápidas e eficientes em termos de energia.

p "Os dispositivos Valleytronic têm o potencial de transformar as comunicações de dados de alta velocidade e dispositivos de baixo consumo de energia, "diz Ye, um pesquisador de pós-doutorado no grupo de Zhang e o principal autor do artigo.

p Os cientistas demonstraram sua abordagem acoplando um semicondutor ferromagnético hospedeiro com uma monocamada de TMDC. A injeção elétrica de spin do semicondutor ferromagnético localizou os portadores de carga em um vale de momento na monocamada TMDC.

p Mais importante, os cientistas foram capazes de excitar eletricamente e confinar os portadores de carga em apenas um dos dois conjuntos de vales. Isso foi conseguido através da manipulação das polarizações de spin do portador injetado, em que o spin e o vale estão travados juntos na monocamada TMDC.

p Os dois conjuntos de vales emitem luz polarizada circularmente diferente. Os cientistas observaram esta luz circularmente polarizada, que confirmou que eles tinham eletrões de vale induzidos e controlados eletricamente com sucesso no TMDC.

p "Nossa pesquisa resolveu dois desafios principais em dispositivos valleytronic. O primeiro é restringir eletricamente os elétrons a um vale de momento. O segundo é detectar a corrente polarizada de vale resultante por eletroluminescência polarizada circular, "diz Ye." Nossa geração elétrica direta e controle de portadores de carga do vale, no TMDC, abre novas dimensões na utilização dos graus de liberdade de rotação e vale para a eletrônica e a computação da próxima geração. "