211service.com
La spintronica diventa organica
Nei circuiti elettronici, i transistor e i dispositivi di memoria elaborano e immagazzinano la carica di un elettrone. La manipolazione di un'altra proprietà degli elettroni, il fenomeno quantomeccanico noto come spin, potrebbe portare a computer più veloci, più piccoli e più efficienti dal punto di vista energetico. I ricercatori dell'Università dello Utah hanno ora compiuto un primo passo verso dispositivi spintronici realizzati con materiali organici, che dovrebbero essere più economici e più facili da realizzare rispetto ai materiali utilizzati finora.
In un giro: I fisici Christoph Boehme (a destra) e John Lupton hanno trovato un modo per controllare una corrente elettrica in un LED organico modificando lo stato di spin degli elettroni nel materiale. Questo è un primo passo verso dispositivi spintronici piccoli e veloci realizzati con semiconduttori organici.
In un articolo pubblicato su Materiali della natura , i ricercatori delineano un nuovo esperimento che ha permesso loro di misurare gli spin degli elettroni in un diodo organico a emissione di luce (OLED). Usando un campo magnetico, sono stati in grado di controllare lo stato di rotazione del materiale, che ha anche cambiato la corrente elettrica in uscita dal dispositivo.
Un pratico dispositivo spintronico dovrebbe utilizzare la corrente elettrica per controllare e leggere gli spin. Anche se i ricercatori dello Utah hanno utilizzato un campo magnetico per controllare lo spin, il loro lavoro dimostra la possibilità della spintronica nei semiconduttori organici, afferma Johan van Tol, che si occupa di ricerca spintronica presso il Laboratorio nazionale ad alto campo magnetico a Tallahassee, FL. La manipolazione della rotazione è stata eseguita in altri materiali, ma non in questo tipo di polimeri, afferma.
I dispositivi spintronici sono realizzati più facilmente da metalli magnetici e i ricercatori hanno anche riportato progressi nella loro realizzazione da semiconduttori inorganici convenzionali come silicio e arseniuro di gallio. Ma l'uso di semiconduttori organici potrebbe avere grandi vantaggi. [Dispositivi organici] sono facili da realizzare, facili da depositare e strutturare; è tutto molto economico, dice Christoph Boehme , un assistente professore di fisica nello Utah e coautore del nuovo articolo. Puoi depositarli su un supporto flessibile e puoi depositarli con la stampa a getto d'inchiostro.
Lo spin dell'elettrone può assumere una delle due direzioni: su e giù. Nei circuiti elettronici convenzionali, la corrente che scorre attraverso un transistor rappresenta un bit con un valore di uno , mentre l'assenza di corrente significa un bit con un valore di 0 . In un dispositivo spintronico, uno e 0 sono rappresentati da un giro su o giù.
Per realizzare un dispositivo spintronico funzionale, è importante misurare accuratamente la direzione di rotazione. In questo momento, gli elettroni con spin allineati possono essere iniettati in un materiale, ma determinare se quegli elettroni mantengono i loro spin è importante se tale spin deve essere controllato in un dispositivo.
Nel loro esperimento, Boehme e i suoi colleghi hanno letto lo spin in un OLED polimerico misurando la corrente che ne esce. Hanno attaccato degli elettrodi al dispositivo e lo hanno bombardato con un impulso a microonde ogni 500 microsecondi.
Boehme spiega che lo spin può essere pensato come un minuscolo magnete a barra, che punta in una certa direzione. In un LED, quando la tensione viene applicata in una certa direzione, gli elettroni caricati negativamente e le lacune caricate positivamente formano coppie. Ogni coppia successivamente decade, o perde un po' di energia, emettendo un fotone. Poiché l'elettrone e la lacuna hanno ciascuno uno spin specifico, la coppia elettrone-lacuna può assumere uno dei quattro stati di spin: su-su, su-giù, giù-su e giù-giù. Solo uno di questi quattro può decadere e produrre luce, dice Boehme. Ciò significa che gli OLED realizzati con il polimero probabilmente non raggiungeranno efficienze superiori al 25%, aggiunge.
Allo stesso tempo, la direzione di rotazione di una particella può cambiare. Quindi, tra tutte le coppie elettrone-lacuna formate nel materiale LED, dice Boehme, una di quelle che non possono [emettere luce] può improvvisamente capovolgersi e trasformarsi in uno dei quattro stati che possono produrre luce. Più stati di emissione di luce aumentano l'emissione luminosa del materiale, ma poiché gli elettroni e le lacune vengono annichilati, la corrente diminuisce.
L'impulso a microonde cambia gli spin nell'OLED polimerico in un modo determinato dalla lunghezza e dalla frequenza dell'impulso. Il risultato è quello di creare alternativamente più o meno stati di emissione di luce, diminuendo e aumentando la corrente. Maggiore è la frequenza dell'impulso a microonde, più velocemente la corrente aumenta e diminuisce.
Abbiamo dimostrato che quando manipoli coerentemente gli spin, quando li giri dall'alto verso il basso e tutto il resto, puoi vedere l'impronta del movimento di spin sulla corrente che misuri, dice Boehme.
I ricercatori ritengono che il loro lavoro potrebbe anche aiutare a migliorare gli OLED. L'introduzione di impurità nei materiali polimerici potrebbe modificare la velocità con cui gli elettroni nel materiale capovolgono i loro spin, afferma Boehme. Ciò potrebbe creare sempre più stati di emissione di luce, aumentando l'efficienza di OLED oltre il 25% e portando a dispositivi più luminosi.