Печатный полимер позволяет изучить хиральность и спины при комнатной температуре

Печатаемый органический полимер, который при печати собирается в хиральные структуры, позволил исследователям надежно измерить количество заряда, образующегося при преобразовании спина в заряд в спинтронном материале при комнатной температуре.

Настраиваемые свойства полимера и его универсальность делают его востребованным не только для менее дорогих, экологически чистых, печатаемых электронных приложений, но и для использования в понимании хиральности и спиновых взаимодействий в целом.

Спинтронные устройства — это электронные приборы, которые используют спин электрона, а не его заряд, для создания энергоэффективного тока, используемого для хранения данных, связи и вычислений. Хиральные материалы относятся к материалам, которые не могут быть наложены на свое зеркальное отражение — подумайте, например, о левой и правой руках. Если вы положите левую руку на правую, положение пальцев изменится на противоположное. Это и есть хиральность.

Хиральность в спинтронных материалах позволяет разработчикам управлять направлением спина внутри материала, что известно как эффект «спин-селективности, индуцированной хиральностью (CISS)». Эффект CISS возникает, когда ток заряда течет вдоль оси хиральности в хиральном материале, создавая спин — или преобразование заряда в спин — без использования ферромагнитных элементов. Преобразование заряда в спин необходимо для хранения памяти в вычислительных устройствах.

«Мы знаем, что CISS-преобразование заряда в спин эффективно работает в хиральных полупроводниках, но мы хотим знать, почему», — говорит Дали Сун, доцент физики, сотрудник Лаборатории органической и углеродной электроники (ORaCEL) в Университете штата Северная Каролина и соавтор работы. „И простой способ понять загадочную механику такого процесса — это обратить его вспять, то есть посмотреть на преобразование спина в заряд через обратный эффект CISS“.

Сунь работал с Йингом Диао, доцентом кафедры химической и биомолекулярной инженерии Иллинойсского университета Урбана-Шампейн и соавтором работы, который разработал процесс печати для сборки сопряженных органических полимеров в хиральные спиральные структуры.

«Органические материалы могут переносить спин на большие расстояния, но они плохо преобразуют спин в заряд, что необходимо для устройств спинтроники», — говорит Диао. „Сделав структуру этого материала хиральной, мы можем использовать ее для преобразования спина в заряд“.

«Эффект CISS возникает, если поместить заряд в хиральное спинтронное устройство, но выяснить, насколько эффективно заряд преобразуется в спин внутри устройства, очень сложно, поскольку трудно количественно измерить полученный спин», — говорит Сун.

Эффект спиновой селективности, индуцированный обратной хиральностью, или ICISS, когда вы помещаете спин в устройство и измеряете результирующий ток, не был изучен в органических полимерах. Но измерить ток гораздо проще, чем спин. Поэтому мы так и поступили.

Сун использовал микроволновое возбуждение в качестве метода спиновой накачки, чтобы ввести чистый спин в органический полимер и измерить результирующий ток.

Исследователи обнаружили, что время жизни спина в хиральном органическом полимере достигает наносекунды при комнатной температуре, в отличие от пикосекундного времени жизни в традиционных спинтронных материалах.

«Прелесть этого материала, помимо всего прочего, заключается в его настраиваемости», — говорит Сун. „Мы можем менять хиральность, проводимость и смотреть, как это влияет на спин или эффективность. Теперь у нас есть возможность понять, почему работают спинтроники на основе CISS, что может помочь нам разработать более совершенные и эффективные устройства“.

Электроника на основе полимеров гораздо менее энергоемка в изготовлении, чем современная электроника, и ее легко масштабировать для производства, — говорит Дьяо.

Поскольку полимерные полупроводники пригодны для печати — их можно печатать так же, как газеты, — они идеально подходят для портативных, гибких и растягивающихся приложений, от солнечных батарей до новых форм компьютеров.

Работа опубликована в журнале Nature Materials.

15.03.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь

Новости компаний, релизы

Ученые ТПУ выяснили, что заболевания ЦНС за последние 30 лет вышли на первое место по влиянию на здоровье населения
Физики СПбГУ и Института проблем машиноведения РАН улучшили ударопрочные характеристики нержавеющей стали
КВЗ принимает заявки на целевое обучение в проект «Крылья Ростеха»
В Петербурге снизилось количество разрушающих озоновый слой газов
Исследователи используют кантианскую модель рациональности для оценки этичности решений ИИ