211service.com
Spintronics jde organicky
V elektronických obvodech tranzistory a paměťová zařízení zpracovávají a ukládají elektronový náboj. Manipulace s další vlastností elektronů, kvantově-mechanickým jevem známým jako spin, by mohla vést k rychlejším, menším a energeticky účinnějším počítačům. Vědci z University of Utah nyní udělali první krok ke spintronickým zařízením vyrobeným z organických materiálů, které by měly být levnější a jednodušší na výrobu než u materiálů používaných doposud.
V otočce: Fyzici Christoph Boehme (vpravo) a John Lupton našli způsob, jak ovládat elektrický proud v organické LED pomocí změny spinového stavu elektronů v materiálu. Toto je první krok směrem k malým, rychlým spintronickým zařízením vyrobeným z organických polovodičů.
V článku publikovaném v Přírodní materiály , vědci načrtli nový experiment, který jim umožnil měřit rotace elektronů v organické diodě vyzařující světlo (OLED). Pomocí magnetického pole byli schopni řídit stav rotace materiálu, což také změnilo elektrický proud vycházející ze zařízení.
Praktické spintronické zařízení by muselo používat elektrický proud k ovládání a čtení spinů. I když vědci z Utahu použili magnetické pole k řízení rotace, jejich práce demonstruje možnost spintroniky v organických polovodičích, říká Johan van Tol, který dělá spintronický výzkum na Národní laboratoř vysokého magnetického pole v Tallahassee, FL. Manipulace s rotací byla provedena v jiných materiálech, ale ne v tomto druhu polymerů, říká.
Spintronická zařízení se nejsnáze vyrábějí z magnetických kovů a výzkumníci také oznámili pokroky při jejich výrobě z konvenčních anorganických polovodičů, jako je křemík a arsenid galia. Použití organických polovodičů by však mohlo mít velké výhody. [Organická zařízení] se snadno vyrábějí, snadno vkládají a strukturují; je to všechno velmi levné, říká Christoph Boehme , odborný asistent fyziky v Utahu a spoluautor nového článku. Můžete je uložit na flexibilní substrát a můžete je uložit pomocí inkoustového tisku.
Spin elektronů může mít jeden ze dvou směrů: nahoru a dolů. V běžných elektronických obvodech představuje proud protékající tranzistorem bit s hodnotou jeden , zatímco nepřítomnost proudu znamená bit s hodnotou 0 . Ve spintronickém zařízení, jeden a 0 jsou reprezentovány otočením nahoru nebo dolů.
Aby bylo možné vyrobit funkční spintronickou jednotku, je důležité přesně měřit směr otáčení. Právě teď mohou být elektrony se zarovnanými spiny vstřikovány do materiálu, ale určení, zda si tyto elektrony udrží své spiny, je důležité, pokud má být tento spin řízen v zařízení.
Ve svém experimentu Boehme a jeho kolegové četli rotaci v polymerovém OLED měřením proudu, který z něj vychází. K zařízení připojili elektrody a každých 500 mikrosekund jej bombardovali mikrovlnným pulzem.
Boehme vysvětluje, že spin lze považovat za malý tyčový magnet, ukazující určitým směrem. V LED, když je napětí aplikováno v určitém směru, záporně nabité elektrony a kladně nabité díry tvoří páry. Každý pár se následně rozpadne nebo ztratí určitou energii a emituje foton. Protože elektron a díra mají každý specifický spin, pár elektron-díra může mít jeden ze čtyř spinových stavů: nahoru-nahoru, nahoru-dolů, dolů-nahoru a dolů-dolů. Pouze jeden z těchto čtyř se může rozpadnout a produkovat světlo, říká Boehme. To znamená, že OLED vyrobené z polymeru pravděpodobně nedosáhnou účinnosti vyšší než 25 procent, dodává.
Zároveň se může změnit směr rotace částice. Takže mezi všemi páry elektron-díra vytvořenými v materiálu LED, říká Boehme, jeden z těch, které nemohou [vyzařovat světlo], se může náhle převrátit a přeměnit se do jednoho ze čtyř stavů, které mohou produkovat světlo. Více stavů vyzařujících světlo zvyšuje světelný výkon materiálu, ale protože elektrony a díry jsou zničeny, proud klesá.
Mikrovlnný pulz mění spiny v polymerovém OLED způsobem určeným délkou a frekvencí pulzu. Výsledkem je střídavé vytváření více nebo méně stavů vyzařujících světlo, zmenšování a zvyšování proudu. Čím větší je frekvence mikrovlnného pulzu, tím rychleji se proud zvyšuje a snižuje.
Ukázali jsme, že když koherentně manipulujete s rotacemi, když je otočíte shora dolů a vše mezi tím, můžete vidět otisk rotačního pohybu na proudu, který měříte, říká Boehme.
Vědci se domnívají, že jejich práce by také mohla pomoci zlepšit OLED. Zavedení nečistot do polymerních materiálů by mohlo změnit rychlost, jakou elektrony v materiálu obracejí své rotace, říká Boehme. To by mohlo vytvořit stále více stavů vyzařujících světlo, zvýšit účinnost OLED o více než 25 procent a vést k jasnějším zařízením.