211service.com
Spintronics blir ekologisk
I elektroniska kretsar behandlar och lagrar transistorer och minnesenheter en elektrons laddning. Att manipulera en annan egenskap hos elektroner, det kvantmekaniska fenomenet som kallas spin, kan leda till snabbare, mindre och mer energieffektiva datorer. Forskare från University of Utah har nu tagit ett första steg mot spintroniska enheter gjorda av organiska material, som borde vara billigare och enklare att tillverka än med material som hittills använts.
I ett snurr: Fysikerna Christoph Boehme (till höger) och John Lupton har hittat ett sätt att kontrollera en elektrisk ström i en organisk lysdiod genom att ändra spintillståndet för elektroner i materialet. Detta är ett första steg mot små, snabba spintroniska enheter gjorda av organiska halvledare.
I en tidning publicerad i Naturmaterial , skisserar forskarna ett nytt experiment som gjorde det möjligt för dem att mäta elektronsnurrarna i en organisk lysdiod (OLED). Med hjälp av ett magnetfält kunde de kontrollera materialets spinntillstånd, vilket också förändrade den elektriska strömmen som kom ut ur enheten.
En praktisk spintronisk enhet skulle behöva använda elektrisk ström för att kontrollera och läsa snurr. Även om forskarna i Utah använde ett magnetfält för att styra spinnet, visar deras arbete möjligheten av spintronik i organiska halvledare, säger Johan van Tol, som gör spintronforskning vid National High Magnetic Field Laboratory i Tallahassee, FL. Man har manipulerat spinn i andra material, men inte i den här typen av polymerer, säger han.
Spintroniska enheter tillverkas enklast av magnetiska metaller, och forskare har också rapporterat framsteg när det gäller att göra dem från konventionella oorganiska halvledare som kisel och galliumarsenid. Men att använda organiska halvledare kan ha stora fördelar. [Ekologiska enheter] är lätta att tillverka, lätta att deponera och strukturera; det hela är väldigt billigt, säger Christoph Boehme , en biträdande professor i fysik i Utah och en medförfattare till den nya uppsatsen. Du kan deponera dem på ett flexibelt underlag och du kan deponera dem med bläckstråleutskrift.
Elektronspin kan ta en av två riktningar: upp och ner. I konventionella elektroniska kretsar representerar ström som flyter genom en transistor en bit med ett värde på ett , medan frånvaro av ström betyder lite med värdet på 0 . I en spintronic-enhet, ett och 0 representeras av ett snurr uppåt eller nedåt.
För att göra en funktionell spintronic-enhet är det viktigt att mäta spinnriktningen noggrant. Just nu kan elektroner med justerade snurr injiceras i ett material, men det är viktigt att avgöra om dessa elektroner bibehåller sina snurr om det spinn ska styras i en enhet.
I sitt experiment läste Boehme och hans kollegor spinnet i en polymer OLED genom att mäta strömmen som kommer ut ur den. De fäste elektroder på enheten och bombarderade den med en mikrovågspuls var 500:e mikrosekund.
Boehme förklarar att spinn kan ses som en liten stavmagnet som pekar i en viss riktning. I en lysdiod, när spänningen appliceras i en viss riktning, bildar negativt laddade elektroner och positivt laddade hål par. Varje par sönderfaller därefter, eller förlorar en del energi, och avger en foton. Eftersom elektronen och hålet var och en har ett specifikt snurr, kan elektron-hålsparet ta ett av fyra spinntillstånd: upp-upp, upp-ner, ner-upp och ner-ner. Bara en av dessa fyra kan förfalla och producera ljus, säger Boehme. Det betyder att OLED:er gjorda av polymeren troligen inte kommer att nå högre verkningsgrader än 25 procent, tillägger han.
Samtidigt kan en partikels spinnriktning ändras. Så bland alla elektronhålspar som bildas i LED-materialet, säger Boehme, kan en av de som inte kan [avge ljus] plötsligt vända och förvandlas till ett av de fyra tillstånden som kan producera ljus. Fler ljusemitterande tillstånd ökar materialets ljuseffekt, men eftersom elektronerna och hålen förstörs minskar strömmen.
Mikrovågspulsen ändrar spinn i polymer-OLED-en på ett sätt som bestäms av pulsens längd och frekvens. Resultatet är att växelvis skapa fler eller färre ljusemitterande tillstånd, minska och öka strömmen. Ju högre frekvens mikrovågspulsen har, desto snabbare ökar och minskar strömmen.
Vi har visat att när du konsekvent manipulerar snurr, när du vänder dem från upp till ner och allt däremellan, kan du se avtrycket av spinnrörelse på strömmen som du mäter, säger Boehme.
Forskarna tror att deras arbete också kan bidra till att förbättra OLED. Att införa föroreningar i polymermaterialen kan ändra hastigheten med vilken elektroner i materialet vänder sina snurr, säger Boehme. Det kan skapa fler och fler ljusemitterande tillstånd, öka effektiviteten hos OLED med över 25 procent och leda till ljusare enheter.