科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種可以擴(kuò)展valleytronics（能谷電子）技術(shù)發(fā)展的理論，該理論作為下一代半導(dǎo)體技術(shù)一直受到關(guān)注。預(yù)計(jì)這將進(jìn)一步推動(dòng)“能谷電子”技術(shù)的發(fā)展，下一代磁技術(shù)將超過現(xiàn)有數(shù)據(jù)處理速度。

DGIST宣布：新興材料科學(xué)DGIST系李家棟（音譯）教授研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了谷疇的形成，這將有助于下一代半導(dǎo)體的性能、異常電流的發(fā)展及其控制機(jī)制。本研究發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用谷域、電流與兩種不同物理量之間的相關(guān)關(guān)系，具有重要意義。

谷是能帶能量的一個(gè)頂點(diǎn)或一條邊，也叫谷自旋。電子學(xué)是利用量子數(shù)來存儲(chǔ)和利用信息，量子數(shù)決定谷值。它的量子信息存儲(chǔ)能力超過了現(xiàn)有電荷或自旋控制技術(shù)，適用于未來電子設(shè)備和量子計(jì)算技術(shù)。由于電子自旋電子學(xué)和納米電子學(xué)在下一代半導(dǎo)體工程領(lǐng)域具有無限的發(fā)展?jié)摿ΓS多研究人員正在進(jìn)行谷控制方面的研究。然而，由于穩(wěn)定性難以保證，且谷的數(shù)量較大，實(shí)際適用性不高。

通過這項(xiàng)研究，研究團(tuán)隊(duì)通過發(fā)現(xiàn)下一代二維單層半導(dǎo)體材料二硫化鉬中谷疇的形成，解決了谷自旋的穩(wěn)定性問題。谷域被定義為在物質(zhì)內(nèi)部具有相同谷動(dòng)量的電子域。研究小組發(fā)現(xiàn)，在極端納米結(jié)構(gòu)中形成的谷域可以用來代替自旋存儲(chǔ)信息。此外，研究小組還發(fā)現(xiàn)，可以通過控制谷域的大小來產(chǎn)生異常橫向電流。由于疇壁的運(yùn)動(dòng)，不可避免地會(huì)產(chǎn)生異常橫向電流，且沿谷疇運(yùn)動(dòng)方向的一個(gè)方向流動(dòng)。研究還提出并展示了二極管機(jī)制的適用性，這是一種不同于現(xiàn)有異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的單晶納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。

新興材料科學(xué)系李家棟教授說：通過這項(xiàng)研究，發(fā)現(xiàn)了電子學(xué)的核心理論，它可以同時(shí)在單一二維晶體材料中使用谷磁和電信號(hào)控制這兩種不同的現(xiàn)象，也希望“能谷電子”的研究能夠應(yīng)用于更多領(lǐng)域，加速低功耗、高速信息存儲(chǔ)平臺(tái)的發(fā)展。單軸應(yīng)變MoS2層中施加應(yīng)變與漿果曲率重建之間的相互作用，從而導(dǎo)致以K和- K點(diǎn)為中心漿果曲率不平衡，最終導(dǎo)致外加電場(chǎng)作用下的谷磁化。對(duì)谷磁電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)觀察，并提出了谷磁疇(VMD)的新概念，即谷磁化強(qiáng)度的實(shí)空間均勻分布。

谷磁疇的實(shí)現(xiàn)保證了足夠數(shù)量的穩(wěn)定谷極化載波，這是谷電子學(xué)最基本的先決條件之一。此外，還通過谷磁疇激活發(fā)現(xiàn)了異常電子動(dòng)力學(xué)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)垂直于電場(chǎng)異常橫電流的操縱，可以直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，例如谷磁疇下的電流調(diào)制(即， VMD開關(guān)下的太赫茲電流整流)。這就提出了谷磁疇的概念，用于提供對(duì)“能谷電子”功能及其操作的新物理洞察力，并將其作為潛在設(shè)備應(yīng)用程序的關(guān)鍵組成部分。

博科園｜研究/來自：DGIST

參考期刊《納米快報(bào)》

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01676

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