來自萊斯大學的科學家們發現，二維材料中的微小皺紋能夠以創紀錄的精確度控制電子自旋，這一發現為超緊湊及高能效的設備打開了新的可能性。目前大多數電子設備依賴電子在矽中的電荷來處理和編碼信息，而未來的計算則可能會利用電子自旋這一量子特性進行運算。電子自旋有「向上」或「向下」的兩種狀態，利用自旋來進行計算有望克服現有矽基技術的限制，減少設備和數據中心的能耗，尤其在當前計算驅動的能源使用量不斷上升的背景下，這一研究顯得尤為重要。
然而，自旋電子學面臨一個主要挑戰，即自旋編碼的信息易於衰減，並且在材料中，電子在與原子碰撞和散射時可能會丟失這些信息。萊斯大學的材料科學家們報告稱，通過彎曲如二硫化鉬等原子薄層材料，可以產生一種稱為持續自旋螺旋（PSH）的獨特自旋結構，這種結構能夠在散射碰撞中保持自旋狀態的穩定。研究的第一作者Sunny Gupta指出，通常材料中的自旋與電子動量相關，因此改變方向會改變自旋，而在具有PSH狀態的材料中，自旋狀態保持不變。這使得PSH在自然界中非常稀有，直到目前為止尚難以製造。
研究團隊的領導者、材料科學家Boris Yakobson假設，二維材料中的皺紋可能是控制電子自旋狀態的一種方式。當二維材料被彎曲時，材料的上表面會伸展，而下表面則會受到壓縮，這種不均勻的應變使得正負電荷相對移動，形成內部電場，這一現象被稱為柔性電極化。彎曲的二維材料中的電子自旋與由材料曲率產生的柔性電極效應相互作用，導致自旋向上和向下的電子分裂成不同的區域或帶。曲率越大，這種相互作用的強度也越強，當曲率達到最高時，彎曲的區域會產生如此強的效果，使得電子的自旋呈現出所需的螺旋形狀，並在僅約1納米的距離內在「向上」和「向下」狀態之間切換。
在研究中，Gupta指出，二維材料中的起伏現象十分常見，出現為皺紋或自我維持的髮夾形環路，這些結構創造了具有極高曲率的區域。研究團隊證實，在二硫化鉬的髮夾形摺疊中，PSH狀態能夠實現約1納米的自旋進動長度，這是迄今為止報導的最短長度。短的進動長度意味著自旋電子學設備可以設計得更加緊湊。Yakobson強調，這項工作確立了對二維材料進行受控混合的策略，用以設計特殊的場特性。Gupta補充道，這項研究的起始假設在一定程度上是違反直覺的，因為量子行為與彈性力學是兩個不同的物理領域，通常不會交集。這項研究展示了二維材料幾何形狀的宏觀變化如何影響電子自旋與原子核之間的深層量子相互作用，並且這一效應可用於創造新穎的自旋結構，以推動自旋電子學的發展。
這項研究得到了美國海軍研究辦公室、陸軍研究辦公室、國家科學基金會、能源部以及國防部的支持，相關研究成果已發表在《Matter》期刊上。
