A sinistra, viste dall'alto e di lato delle strutture cristalline della Cs3Bi2I9 derivata dalla perovskite, un materiale sintetizzato alla Rice University che mostra le capacità della Valleytronics. Ogni cella elementare contiene due strati vicini con una debole interazione di van der Waals in mezzo. A destra:un'immagine mostra triangoli del materiale su un substrato di mica. Credito:Lou Group/Rice University
Gli ingegneri della Rice University e della Texas A&M University hanno trovato un materiale 2-D che potrebbe rendere i computer più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico.
Il loro materiale è un derivato della perovskite, un cristallo con una struttura distintiva, che ha la sorprendente capacità di abilitare il fenomeno della valletronica propagandato come una possibile piattaforma per l'elaborazione e l'archiviazione delle informazioni.
Il laboratorio dello scienziato dei materiali Jun Lou della Brown School of Engineering di Rice ha sintetizzato un composto stratificato di cesio, bismuto e iodio che è abile a immagazzinare gli stati di valle degli elettroni, ma solo negli strati dispari della struttura.
Questi bit possono essere impostati con luce polarizzata, e gli strati pari sembrano proteggere quelli dispari dal tipo di interferenza di campo che tormenta le altre perovskiti, secondo i ricercatori.
Meglio di tutto, il materiale sembra essere scalabile.
"Questo non è un materiale nuovo, ma abbiamo trovato un modo per farlo senza che la soluzione venga elaborata o esfoliandolo dalla massa, " Ha detto Lou. "La novità è che possiamo produrlo (tramite deposizione chimica da vapore) in pochi strati, e fino a un monostrato. Questo ci ha permesso di sondare le sue proprietà ottiche non lineari".
La scoperta è dettagliata in Materiale avanzato .
I Valleytronics sono cugini della spintronica, in cui i bit di memoria sono definiti dallo stato di spin quantistico di un elettrone. In Valleytronics, gli elettroni hanno gradi di libertà nei molteplici stati di quantità di moto, o valli, che occupano. Questi stati possono essere letti come bit.
L'emissione di luce polarizzata da un cesio a 7 strati, triangolo di bismuto e iodio sviluppato alla Rice University, sotto eccitazione polarizzata circolarmente, mostra il meccanismo Valleytronics in azione. Il riquadro mostra lo stato elettronico scritto e letto otticamente in una memoria valleytronic. Credito:Lou Group/Rice University
"In un transistor, se ci metti un elettrone, rappresenta uno stato, e se lo tiri fuori, che rappresenta un altro stato, " ha detto il co-investigatore principale Hanyu Zhu di Rice. "In Valleytronics, gli elettroni sono sempre presenti, e sono in una delle due diverse funzioni d'onda quantistiche con momenti opposti. Queste due funzioni d'onda interagiscono con una diversa polarizzazione della luce, quindi lo stato di momentum può essere risolto otticamente."
Uno sguardo ravvicinato all'inorganico, materiale senza piombo attraverso un microscopio elettronico ha mostrato che le molecole nello strato dispari sono asimmetriche. "Quella mancanza di simmetria manca negli strati pari - è così che li distinguiamo - e dà origine alle proprietà che vediamo, " Lou ha detto. "Questa è solo la natura di questa struttura cristallina."
Il laboratorio ha testato il materiale con un massimo di 11 strati e ha scoperto che la mancanza di trasparenza non sembra influenzare il modo in cui la luce ha innescato una risposta. "Anche un materiale più spesso si comporta come se fosse ancora un singolo strato, " Lou ha detto. "Questo è molto importante."
"I dicalcogenuri di metalli di transizione 2-D più spessi perdono proprietà uniche come la valleytronics, " ha detto. "Tutti i comportamenti sono andati. Non è il caso di questo materiale".
Lou ha affermato che i calcoli dell'investigatore principale Xiaofeng Qian della Texas A&M University hanno fornito le prove teoriche necessarie.
"La polarizzazione della valle osservata sia negli strati sottili che in quelli spessi è in gran parte dovuta al debole accoppiamento elettronico tra gli strati, una caratteristica unica di questo derivato della perovskite rispetto ad altri materiali 2-D quando impilati insieme, " ha detto Qian. "Porta anche a risposte ottiche non lineari persistenti in campioni più spessi".
Il materiale sembra anche meno suscettibile al degrado ambientale, un problema comune per le perovskiti ibride sviluppate per l'energia solare. "Questo materiale non ti darà un'efficienza di conversione molto elevata, ma pensalo come un atleta a tutto tondo ai Giochi Olimpici, " ha detto l'autore principale e borsista post-dottorato di Rice Jia Liang. "Potrebbe non essere il migliore in ogni categoria, ma se si considerano insieme i suoi diversi aspetti, si distinguerà, " Egli ha detto.
I ricercatori hanno suggerito che la già forte interazione luce-materia che hanno osservato potrebbe essere migliorata ingegnerizzando ulteriormente il gap di banda del materiale.
"Penso che sia una svolta per l'utilizzo di questo tipo di materiale nell'elaborazione delle informazioni, " disse Lou. "Speriamo davvero che questo sia il punto di partenza."
