納米科學：科學家們將谷力學推向了現實的一步！
美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）的科學家向「谷電子學」的實際應用邁出了一大步，「谷電子學」是一種新型電子產品，可以帶來更快，更高效的計算機邏輯系統和數據存儲下一代設備中的晶片，正如4月4日在線發表在「 自然納米技術 」雜誌上的報導，科學家們首次實驗性地證明了在二維半導體中電生成和控制谷電子的能力。
谷電子之所以如此命名，是因為它們帶有一個「自由度」的山谷。這是一種利用電子進行信息處理的新方法，此外還利用電子的其他自由度，即自旋電子器件中的量子自旋和傳統電子器件中的電荷。
更具體地，電子谷指的是電子帶中的能量峰值和谷值。稱為過渡金屬二硫化物（TMDC）的二維半導體具有兩個相反的自旋和動量的可區分的谷。因此，該材料適用於谷電波器件，其中信息處理和存儲可以通過選擇性地填充一個姑獲另一個谷來進行。
然而，開發谷電子設備需要對谷電子群的電控制，這一步驟迄今已證明是非常具有挑戰性的。
現在，伯克利實驗室的科學家已經通過實驗證明了在TMDC中電生成和控制谷電子的能力。這是一個特別重要的進步，因為TMDC被認為比其他具有穀氨酸特性的半導體更「裝備就緒」，這是谷電子電激發和控制的第一次演示，這將加速下一代電子和信息技術的發展，」負責這項研究的張翔說道，他是伯克利實驗室材料科學部門的負責人。
張還擁有加州大學伯克利分校的Ernest S. Kuh Endowed主席，並且是伯克利Kavli能源納米科學研究所的成員。其他幾位科學家為這項工作做出了貢獻，包括餘燁，蕭曉，王海龍，葉子良，朱漢宇，趙梅，王元，趙建華，尹曉波，他們的研究可能會產生一種利用所有三個自由度 - 電荷，自旋和波谷的新型電子設備，這些電子設備可以用8位信息編碼電子，而不是今天電子設備中的兩個。這意味著未來的計算機晶片可以用更少的功率處理更多信息，從而實現更快，更節能的計算技術。
Valleytronic設備有可能改變高速數據通信和低功耗設備，」Ye說，他是張氏集團的博士後研究員，也是該論文的第一作者，科學家通過將主鐵磁半導體與單層TMDC耦合來證明了他們的方法。來自鐵磁半導體的電自旋注入將電荷載流子定位到TMDC單層中的一個動量谷，重要的是，科學家能夠僅在兩組山谷中的一組中電激勵和限制電荷載體。這是通過操縱注入的載體的自旋極化來實現的，其中自旋和谷在TMDC單層中被鎖定在一起。
兩組谷發出不同的圓偏振光。科學家觀察到這種圓偏振光，證實它們已成功地電感應和控制TMDC中的谷電子，我們的研究解決了在谷電子設備中的兩個主要挑戰。第一個是電子限制電子到一個動量谷。第二個是通過圓偏振電致發光檢測產生的谷極化電流，」Ye說。「在TMDC中，我們對谷電荷載體的直接發電和控制開闢了利用下一代電子和計算的自旋和谷值自由度的新方面。