Laaksotroniikka lämpenee

Tutkijaryhmä Brookhaven National Laboratoryssa ja Northrop Grummanissa, monikansallisessa ilmailu- ja puolustusteknologiayhtiössä, ovat löytäneet tavan säilyttää laakson polarisaation huonelämpötilassa käyttämällä uusia materiaaleja ja tekniikoita.

Tämä löytö voi johtaa laitteisiin, jotka tallentavat ja käsittelevät informaatiota uusilla tavoilla ilman erittäin alhaisia lämpötiloja.

Yksi tutkituista poluista näiden laitteiden saavuttamiseksi on suhteellisen uusi ala nimeltä "valleytronics". Materiaalin elektroninen kaistarakenne – energiatasojen vaihteluväli kunkin atomin elektronikonfiguraatioissa – voi pudota ylös tai alas. Näitä huippujen välisiä kouruja kutsutaan "laaksoksi". Joillakin materiaaleilla on useita laaksoja, joilla on sama energia. Elektroni voi tällaisessa järjestelmässä miehittää minkä tahansa näistä laaksoista, mikä tarjoaa ainutlaatuisen tavan tallentaa ja käsitellä informaatiota sen perusteella, minkä laakson elektroni miehittää.

Yksi haaste on kuitenkin ollut energia ja kustannukset alhaisten lämpötilojen ylläpitämisestä, joita tarvitaan laakson polarisaation pitämiseksi vakaana. Ilman tätä vakautta laitteet alkaisivat menettämään informaatiota.

Jotta tällaisesta tekniikasta voitaisiin tehdä käytännöllisiä ja edullisia sovelluksia, asiantuntijoiden olisi löydettävä keino kiertää tämä rajoitus.

Siirtymämetallidikalkogenidit (TMD:t) ovat mielenkiintoisia kerrosmateriaaleja, jotka voivat olla ohuimmillaan vain muutaman atomin paksuisia. Jokainen materiaalin kerros koostuu kaksiulotteisesta (2D) siirtymämetalliatomien levystä kalkogeeniatomien välissä.

Kun metalli ja kalkogeeni ovat vahvasti sidoksissa kovalenttisilla sidoksilla kerroksessa, viereiset kerrokset ovat vain heikosti van der Waalsin vuorovaikutusten sitomia. Heikot sidokset, jotka pitävät näitä kerroksia yhdessä, mahdollistavat TMD:n kuorimisen yksikerroksiseksi, joka on vain yhden "molekyylin" paksuinen. Näitä kutsutaan usein 2D-materiaaleiksi.

CFN:n työryhmä syntetisoi kiraalisten lyijyhalogenidiperovskiittien (R/S-NEAPbI3) yksittäiskiteitä. Kiraalisuus kuvaa joukkoa esineitä, kuten molekyylejä, jotka ovat peilikuvia toisistaan, mutta joita ei voida asettaa päällekkäin. Tämä epäsymmetria on tärkeä laaksopolarisaation hallitsemiseksi.

Heterorakenteen luomiseksi noin 500 nanometrin paksuiset materiaalihiutaleet kerrostettiin molybdeenidisulfidi (MoS2) TMD:n yksikerroksisen päälle. Yhdistämällä erilaisia 2D-materiaaleja, joiden ominaisuudet vaikuttavat varauksen siirtoon näiden kahden materiaalin rajapinnassa, saavutetaan heterorakenteita, jotka avaavat mahdollisuuksien maailman.

"Tässä kokeessa on tärkeä korostaa, että nämä tulokset realisoituivat huoneenlämmössä, jonne koko kentän pitäisi liikkua", sanoi Brookhaven Labin materiaalitutkija Mircea Cotlet ja projektin päätutkija. "On rohkaisevaa nähdä tällaisia materiaalien ominaisuuksia huoneenlämmössä.

Vaikka laaksotroniikan tutkimus on vielä alkuvaiheessa, tutkijat ovat jo pohtineet mahdollisia sovelluksia. Tämä tekniikka voisi parantaa olemassa olevia laitteita yllättävillä tavoilla, laajentaen klassisten tietokoneiden ominaisuuksia, mutta se voi olla myös osa tulevaisuuden laitteistoa.

Aiheesta aiemmin:

Aaltoilevan grafeenin elektroniikkaa

Magnetismin ja ferrosähkön kierteitä grafeenissa