Odds er gode for unikke 2-D-forbindelser

Ingeniører ved Rice University og Texas A&M University har fundet et 2-D-materiale, der kunne gøre computere hurtigere og mere energieffektive.

Deres materiale er et derivat af perovskit - en krystal med en karakteristisk struktur - som har den overraskende evne til at muliggøre valleytronics-fænomenet, der udråbes som en mulig platform for informationsbehandling og -lagring.

Laboratoriet af materialeforsker Jun Lou fra Rice's Brown School of Engineering syntetiserede en lagdelt forbindelse af cæsium, vismut og jod, der er dygtige til at lagre elektronernes daltilstande, men kun i strukturens ulige lag.

Disse bits kan indstilles med polariseret lys, og de lige lag ser ud til at beskytte de ulige mod den slags feltinterferens, der fordyber andre perovskitter, ifølge forskerne.

Bedst af alt, materialet ser ud til at være skalerbart.

"Dette er ikke et nyt materiale, men vi fandt ud af en måde at lave det på uden opløsningsbehandling eller eksfoliering af det fra bulk, " sagde Lou. "Det nye er, at vi kan producere det (via kemisk dampaflejring) i et par lag, og helt ned til et monolag. Det gjorde det muligt for os at undersøge dets ikke-lineære optiske egenskaber."

Opdagelsen er detaljeret i Avancerede materialer .

Valleytronics er en fætter til spintronics, hvor hukommelsesbits er defineret af en elektrons kvantespintilstand. I valleytronics, elektroner har frihedsgrader i de multiple momentumtilstande - eller dale - de optager. Disse tilstande kan læses som bits.

"I en transistor, hvis du sætter en elektron der, det repræsenterer en stat, og hvis du tager den ud, der repræsenterer en anden stat, " sagde co-principal investigator Hanyu Zhu fra Rice. "I valleytronics, elektronerne er altid til stede, og er i en af ​​to forskellige kvantebølgefunktioner med modsat momenta. Disse to bølgefunktioner interagerer med forskellig lyspolarisering, så momentumtilstanden kan løses optisk."

Et nærmere kig på det uorganiske, blyfrit materiale gennem et elektronmikroskop viste, at molekyler i det ulige lag er asymmetriske. "Den mangel på symmetri mangler i de lige lag - det er sådan vi skelner mellem dem - og det giver anledning til de egenskaber, vi ser, " sagde Lou. "Det er bare karakteren af ​​denne krystalstruktur."

Laboratoriet testede materialet med op til 11 lag og fandt, at mangel på gennemsigtighed ikke ser ud til at påvirke, hvor godt lys udløste en reaktion. "Selv et tykkere materiale opfører sig som om det stadig er et enkelt lag, " sagde Lou. "Det er ret vigtigt."

"Tykkere 2-D overgangsmetal dichalcogenider mister unikke egenskaber som valleytronics, " sagde han. "Al adfærd er væk. Det er ikke tilfældet for dette materiale."

Lou sagde, at beregninger fra co-principal investigator Xiaofeng Qian fra Texas A&M University gav de nødvendige teoretiske beviser.

"Dalpolariseringen observeret i både tynde og tykke lag skyldes i høj grad den svage elektroniske mellemlagskobling, en unik egenskab ved dette perovskit-derivat sammenlignet med andre 2-D-materialer, når de er stablet sammen, " sagde Qian. "Det fører også til vedvarende ikke-lineære optiske reaktioner i tykkere prøver."

Materialet virker også mindre modtageligt for miljøforringelse, et almindeligt problem for hybride perovskiter udviklet til solenergi. "Dette materiale vil ikke give dig særlig høj konverteringseffektivitet, men tænk på det som en all-around atlet i de olympiske lege, " sagde hovedforfatter og Rice postdoc-stipendiat Jia Liang. "Det er måske ikke den bedste i hver kategori, men hvis du betragter dets forskellige aspekter sammen, det vil skille sig ud, " han sagde.

Forskerne foreslog, at den allerede stærke lys-stof-interaktion, de observerede, kunne forbedres ved yderligere at konstruere materialets båndgab.

"Jeg synes, det er et gennembrud for at bruge denne type materiale i informationsbehandling, " sagde Lou. "Vi håber virkelig, at dette er udgangspunktet."