Perovskiitistä materiaali laaksotroniikalle

Vasemmalla, ylhäältä ja sivulta katsottuna perovskiitista syntetisoidun Cs3Bi2I9 -materiaalin kiderakenteet, jotka osoittavat kykyä valleytroniikkaan. Jokainen yksikkösolu sisältää kaksi naapurikerrosta, joiden välissä on heikko van der Waalsin vuorovaikutus. Oikealla: materiaalin kolmioita kiillealustalla.

Suurempi kuva

(5.11.2020) Rice Universityn ja Texas A&M Universityn insinöörit ovat löytäneet 2D-materiaalin, joka voi tehdä tietokoneista nopeampia ja energiatehokkaampia. Heidän materiaali on johdannainen perovskiitista, jonka erityisellä rakenteella on yllättävä kyky mahdollistaa valleytroniikan ilmiö mahdollisena alustana tietojenkäsittelyyn ja tallennukseen.

Ricen materiaalitieteilijä Jun Lou syntetisoi kerrostetun cesium-, vismutti- ja jodiyhdisteen, joka kykenee varastoimaan elektronien laaksotiloja, mutta vain rakenteen parittomissa kerroksissa.

Nämä bitit voidaan asettaa polarisoidulla valolla ja parilliset kerrokset näyttävät suojaavan parittomia sellaiselta kenttäinterferenssiltä, mikä tutkijoiden mukaan vaivaa muita perovskiitteja.

"Tämä ei ole uusi materiaali, mutta keksimme tavan tehdä sitä ilman liuoskäsittelyä tai kuorintaa", Lou sanoo. Tutkijat tuottivat sitä kemiallisen höyrykerrostuksen avulla ja heidän mukaansa materiaalina se näyttää olevan skaalautuva.

Laaksotroniikka on spintroniikan serkku, jossa muistibitit määritellään elektronin kvanttispinin tilasta. Valleytroniikassa elektroneilla on vapausasteita niiden käyttämissä us eissa liikemäärätiloissa - tai laaksoissa. Nämä tilat voidaan lukea bitteinä.

"Jos transistoriin laittaa elektronin, se edustaa yhtä tilaa ja jos se otetaan pois, se edustaa toista tilaa", taustoittaa Ricen Hanyu Zhu. "Valleytroniikassa elektronit ovat aina läsnä ja ne ovat jommassakummassa kahdesta eri kvanttiaaltofunktiosta vastakkaisilla liikemäärillä. Nämä kaksi aaltofunktiota ovat vuorovaikutuksessa valon eri polarisaation kanssa, joten liikemäärän tila voidaan selvittää optisesti.

Tarkka tutkiskelu epäorgaanisesta, lyijyttömästä materiaalista elektronimikroskoopin läpi osoitti, että parittoman kerroksen molekyylit ovat epäsymmetrisiä. "Tämä symmetrian puute puuttuu parillisista kerroksista - näin me erotamme ne toisistaan - ja se synnyttää näkemämme ominaisuudet", Lou sanoo. "Se on vain tämän kiderakenteen luonne."

Texasin A&M -yliopiston tutkijan Xiaofeng Qianin laskelmat antoivat löydölle tarvittavat teoreettiset todisteet.

"Sekä ohuessa että paksussa kerroksessa havaittu laakson polarisaatio johtuu suurelta osin heikosta välikerrosten välisestä elektronisesta kytkennästä, joka on tämän perovskiittijohdannaisen ainutlaatuinen piirre verrattuna muihin 2D-materiaaleihin, kun ne pinotaan yhteen", toteaa Qian. "Se johtaa myös pysyviin epälineaarisiin optisiin vasteisiin paksummissa näytteissä."

Materiaali näyttää myös vähemmän herkältä ympäristölliselle heikkenemiselle, mikä on yleinen ongelma aurinkoenergialle kehitetyille hybridi-perovskiiteille. Tutkijat ehdottivat, että jo havaittua voimakasta valoa/aine -vuorovaikutusta voitaisiin parantaa kehittämällä edelleen materiaalin kaistaeroa.

Aiheesta aiemmin:

"Valleytroniikan" eteneminen mahdollista

Eksitonit avaavat tietä tehokkaampaan elektroniikkaan