La prossima generazione di tecnologie dell'informazione potrebbe sfruttare la spintronica, l'elettronica che utilizza i minuscoli campi magnetici emanati dagli elettroni rotanti e le cariche elettriche degli elettroni stessi, per dispositivi elettronici più piccoli che consumano meno energia.

Il lavoro appena pubblicato dagli scienziati del National Renewable Energy Laboratory e dell'Università dello Utah potrebbe rappresentare il futuro successo dell'elettronica basata sullo spin. Hanno dimostrato che il trasporto di elettroni con un particolare stato di spin attraverso una perovskite organica-inorganica ibrida bidimensionale può essere manipolato introducendo speciali molecole organiche nella struttura multistrato. Questi sono chirali, il che significa che preferiscono l'elicità di un elettrone rispetto all'altra.

La nuova carta, "Trasporto di carica dipendente dallo spin attraverso perovskiti ibride di piombo chirali 2-D, " appare sul giornale Progressi scientifici . I ricercatori hanno lavorato insieme sotto l'egida del Center for Hybrid Organic Inorganic Semiconductors for Energy (CHOISE), un Energy Frontier Research Center finanziato dall'Office of Science del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Scienze energetiche di base.

Haipeng Lu, un ricercatore post-dottorato che lavora con Matthew C. Beard, un ricercatore senior presso NREL e direttore di CHOISE, e Z. Valy Vardeny, Illustre professore di fisica dell'U, sono i principali autori del documento.

"Abbiamo scoperto che la struttura multistrato agisce come un filtro di spin naturale, che può essere utilizzato per iniettare elettroni allineati con spin in strati attivi senza la necessità di un campo magnetico esterno. Questo è l'inizio di un nuovo paradigma di spintronica senza campo magnetico, ", ha detto Vardeny.

Un elettrone può avere spin "su" o "giù", e gli elettroni con spin opposto possono occupare lo stesso stato elettronico. La sfida chiave in un dispositivo spintronico è controllare la densità di elettroni spin-polarizzati; questo è, manipolare il numero di elettroni con stati di spin ben definiti. Calcolo quantistico basato su spin, Per esempio, richiederà la capacità di controllare e indirizzare questi singoli stati di spin. Un modo per controllare le correnti polarizzate di spin è attraverso la "selettività di spin indotta da chirale, " dove il trasporto di elettroni con stati di spin "su" o "giù" dipende dalla chiralità dei materiali di trasporto, una proprietà strutturale di un sistema in cui la sua immagine speculare non è sovrapponibile a se stessa. Ad esempio, un sistema chirale orientato "mancino" può consentire il trasporto di elettroni con spin "su" ma bloccare gli elettroni con spin "giù" e viceversa.

Gli scienziati hanno dimostrato come integrare un sottoreticolo organico chirale in una struttura inorganica, creando un sistema chirale in grado di trasportare elettroni con il controllo di spin desiderato. Queste perovskiti ibride organiche/inorganiche a strati preferiscono condurre uno stato di spin a seconda della "mano" delle molecole organiche chirali. Così, i film di perovskite chirale fungono da filtro di spin.

Questo lavoro apre le porte a futuri dispositivi spintronici basati su filtri di spin in perovskite chirale.

La ricerca si basa su una scoperta accidentale fatta dal team di Beard diversi anni fa che i materiali di perovskite mostrano un efficiente effetto ottico Stark a temperatura ambiente. L'effetto può essere utilizzato per controllare o indirizzare i singoli stati di spin utilizzando impulsi di luce ottici. Mentre in teoria sono stati proposti dispositivi spin-optoelettronici basati su perovskiti organiche-inorganiche ibride, Vardeny e i suoi colleghi ricercatori dell'Università dello Utah hanno annunciato all'inizio di quest'anno di essere stati in grado di dimostrare tali dispositivi, tra cui spin-valvole e spin-LED.

I filtri di spin sviluppati qui sono un altro componente delle applicazioni spintroniche basate sulla perovskite.

CHOISE ha fornito il finanziamento tramite il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Office of Basic Energy Sciences come parte di un Energy Frontier Research Center.