I nanocristalli prodotti chimicamente stanno diventando sempre più potenti. Sono già utilizzati nella retroilluminazione degli schermi piatti di ultima generazione. In futuro saranno sempre più utilizzati come elementi attivi, che producono una maggiore brillantezza dei colori. Trovano impiego anche in altri campi di applicazione, per esempio., per diagnosi e cure mediche. Ora un gruppo di ricerca intorno al Dr. Christian Klinke dell'Università di Amburgo è riuscito a dimostrare gli effetti di spin elettronico in tali nanopiastrine. In questo modo, in futuro sono concepibili transistor e chip per computer più economici e più potenti con un consumo energetico inferiore. I materiali bidimensionali sono anche vantaggiosi in quanto possono essere prodotti a basso costo e su larga scala in un laboratorio chimico e sono comunque di altissima qualità, come mostrato ora.
Il gruppo attorno al Dr. Christian Klinke si concentra sulla sintesi e caratterizzazione di nanocristalli semiconduttori bidimensionali. Le nanopiastrine sono regolabili nella loro struttura, ma anche nelle loro proprietà ottiche ed elettriche (per effetti quantomeccanici). Questo li rende interessanti per l'applicazione in celle solari e circuiti di computer.
A differenza dei dispositivi classici che funzionano in base al movimento degli elettroni, i componenti spintronici funzionano in base all'orientamento di spin degli elettroni. Quando la luce passa attraverso speciali elementi ottici, può diventare circolarmente polarizzato, io. e. la luce riceve una coppia. Con l'illuminazione con luce polarizzata circolare, è possibile allineare le cariche elettriche rispetto al loro spin (coppia) nei materiali semiconduttori e convertirle in corrente elettrica senza applicare una tensione. Le indagini sulla corrente generata forniscono informazioni sulle proprietà dipendenti dallo spin del cristallo.
I ricercatori sono ora riusciti a dimostrare questo cosiddetto effetto Rashba in nanopiastrine bidimensionali di solfuro di piombo. È particolarmente interessante poiché questo effetto non è normalmente osservato a causa dell'elevata simmetria dei cristalli delle nanopiastrine. Solo per l'influenza di un campo elettrico efficace la simmetria viene interrotta e si può misurare una corrente. Variando lo spessore dello strato delle nanopiastrine, il carattere della luce utilizzata, e l'intensità dei campi elettrici, l'effetto potrebbe essere controllato. Ciò consente di adattare le condizioni in modo specifico alle applicazioni mirate, che consente la manipolazione esterna dello spin dell'elettrone. Le osservazioni sperimentali sono state supportate da simulazioni della struttura elettronica dei materiali dal gruppo della Prof.ssa Carmen Herrmann dell'Università di Amburgo.
"I risultati sono particolarmente preziosi in quanto è stato dimostrato per la prima volta che gli effetti di base del trasporto di spin elettrico sono possibili anche nei nanomateriali generati chimicamente a umido, " afferma Christian Klinke. "Ciò fa sperare che in questi materiali si possano osservare anche altri fenomeni interessanti, che contribuiranno a migliorare la nostra comprensione delle loro proprietà." Queste nuove intuizioni, che sono descritti in dettaglio nella rivista Comunicazioni sulla natura , dare un contributo decisivo alle nostre conoscenze sulle proprietà optoelettroniche di nanostrutture su misura. Servono come base per l'ulteriore indagine di utili sistemi bidimensionali e la loro applicazione nel campo delle energie rigenerative, tecnologie dell'informazione, e catalisi.
La nanotecnologia è una tecnologia chiave del 21° secolo. I materiali con una dimensione di pochi nanometri (un milionesimo di millimetro) hanno ottiche particolari, magnetico, proprietà elettriche e fotoelettriche. Possono essere utilizzati in efficienti diodi emettitori di luce, celle solari, nuovi sensori, fotorilevatori, transistor flessibili, ed efficienti chip per computer, nonché in campo biologico e medico. La comprensione delle proprietà opto-elettriche delle nanostrutture e il loro controllo preciso consente l'uso nell'elettronica dei semiconduttori all'interfaccia con i sistemi ottici ed elettromagnetici, che può portare a nuovi processori ad alte prestazioni e risparmio energetico.
