I ricercatori hanno scoperto che alcuni materiali semiconduttori organici possono trasportare la rotazione più velocemente di quanto conducano la carica, un fenomeno che potrebbe eventualmente potenziarsi più velocemente, computer più efficienti dal punto di vista energetico.

Il team internazionale dal Regno Unito, Germania e Repubblica Ceca, hanno scoperto che questi materiali potrebbero essere utilizzati per applicazioni "spintronice", che potrebbe rendere i semiconduttori organici economici competitivi con il silicio per future applicazioni informatiche. I risultati sono riportati sulla rivista Elettronica della natura .

'Spin' è il termine per il momento angolare intrinseco degli elettroni, che è indicato come su o giù. L'uso degli stati su/giù degli elettroni invece di 0 e 1 nella logica dei computer convenzionali potrebbe trasformare il modo in cui i computer elaborano le informazioni.

Invece di spostare pacchetti di carica in giro, un dispositivo basato sulla spintronica trasmetterebbe informazioni utilizzando lo spin relativo di una serie di elettroni, nota come corrente di spin pura. Eliminando il movimento di carica, qualsiasi dispositivo di questo tipo richiederebbe meno energia e sarebbe meno soggetto a surriscaldamento, rimuovendo alcuni degli ostacoli più significativi per migliorare ulteriormente l'efficienza del computer. La Spintronica potrebbe quindi darci più velocemente, computer ad alta efficienza energetica, in grado di svolgere operazioni più complesse di quelle attuali.

Poiché i semiconduttori organici, ampiamente utilizzato in applicazioni come OLED, sono più economici e più facili da produrre rispetto al silicio, si pensava che i dispositivi spintronici basati su semiconduttori organici potessero alimentare una futura rivoluzione informatica. Ma così lontano, non è andata così.

"Per trasferire effettivamente le informazioni attraverso lo spin, lo spin dell'elettrone deve percorrere distanze ragionevoli e vivere abbastanza a lungo prima che l'informazione codificata su di esso sia randomizzata, " ha detto il dottor Shu-Jen Wang, un recente dottorato di ricerca laureato presso il Cavendish Laboratory dell'Università di Cambridge, e il co-primo autore dell'articolo.

"Finora i semiconduttori organici non sono stati candidati realistici per la spintronica perché era impossibile spostare gli spin attorno a un circuito polimerico abbastanza lontano senza perdere le informazioni originali, " ha detto il co-primo autore Dr. Deepak Venkateshvaran, anche dal Laboratorio Cavendish. "Di conseguenza, il campo della spintronica organica è stato piuttosto tranquillo negli ultimi dieci anni".

La struttura interna dei semiconduttori organici tende ad essere altamente disordinata, come un piatto di spaghetti. Come tale, i pacchetti di carica non si muovono così velocemente come nei semiconduttori come il silicio o l'arseniuro di gallio, entrambi hanno una struttura cristallina altamente ordinata. La maggior parte degli esperimenti sullo studio dello spin nei semiconduttori organici ha scoperto che gli spin degli elettroni e le loro cariche si muovono insieme, e poiché le cariche si muovono più lentamente, le informazioni sullo spin non vanno molto lontano:tipicamente solo poche decine di nanometri.

Ora, il team guidato da Cambridge afferma di aver trovato le condizioni che potrebbero consentire agli spin di elettroni di viaggiare abbastanza lontano per un dispositivo spintronico organico funzionante.

I ricercatori hanno aumentato artificialmente il numero di elettroni nei materiali e sono stati in grado di iniettare in essi una corrente di spin pura utilizzando una tecnica chiamata pompaggio di spin. Semiconduttori organici altamente conduttivi, i ricercatori hanno scoperto, sono governati da un nuovo meccanismo di trasporto di spin che li trasforma in ottimi conduttori di spin.

Questo meccanismo essenzialmente disaccoppia le informazioni di spin dalla carica, in modo che gli spin vengano trasportati rapidamente su distanze fino a un micrometro:abbastanza lontano per un dispositivo spintronico da laboratorio.

"I semiconduttori organici che hanno sia lunghe lunghezze di trasporto di spin che lunghe vite di spin sono candidati promettenti per applicazioni in futuro basati su spin, calcolo a bassa energia, dispositivi di controllo e comunicazione, un campo che fino ad oggi è stato ampiamente dominato dai semiconduttori inorganici, " disse Venkateshvaran, che è anche membro del Selwyn College.

Come passo successivo, i ricercatori intendono studiare il ruolo che la composizione chimica gioca nella capacità di un semiconduttore organico di trasportare in modo efficiente le informazioni sugli spin all'interno di dispositivi prototipo.