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>出版社>自旋电子学“奇迹材料”的测试:物理学家使用矿物钙钛矿建造设备。

这些是从自旋电子发光二极管发vwin徳赢官网出的光的波长。插图显示设备发出的绿灯。犹他州CreditUniversity of Utah
这些是从自旋电子发光二极管发vwin徳赢官网出的光的波长。插图显示设备发出的绿灯。犹他州CreditUniversity of Utah

文摘:
1839年,当德国矿物学家古斯塔夫·罗斯站在俄罗斯乌拉尔山脉的山坡上,拾起一块先前未发现的矿物时,他从来没有听说过晶体管或二极管,也没有任何关于传统电子产品将如何成为我们日常生活中不可或缺的一部分的概念。他不可能预料到他手里拿着的石头,他称之为“钙钛矿”,可能是我们所知的电子革命的关键。

自旋电子学“奇迹材料”的测试:物理学家用矿物钙钛矿建造器件

盐湖城UT 1月11日发布,二千零一十九

2017,犹他大学物理学家瓦利·瓦尔登称钙钛矿是下一代电子技术新兴领域的“奇迹材料”。称为自旋电子学,他坚持这一主张。在今天发表在《自然通讯》上的一篇论文中,Vardeny与王静英一道,Dali Sun(现在在北卡罗来纳州立大学)和他的同事们展示了两种使用钙钛矿制造的设备,以证明这种材料在自旋电子系统中的潜力。它的性质,Vardeny说:让自旋电晶体的梦想更接近现实。

自旋电子学

传统的数字电子系统通过导电导线携带的电子脉冲传输二进制信号(比如1和0)。自旋电子学可以通过电子的另一特性传递附加信息,它们的旋转方向(向上或向下思考)。自旋与磁性有关。因此,自旋电子学利用磁性来排列某一自旋的电子,或者将自旋“注入”到系统中。

如果你曾经做过一个古老的科学实验,通过反复拖动磁铁,把钉子变成磁铁,然后你已经涉足了自旋电子学。磁铁把信息传送到钉子上。诀窍就是传递和操纵这些信息,这需要具有微调性能的设备和材料。研究人员正朝着自旋晶体管的里程碑努力,几乎在所有现代电子产品中都能找到的电子元件的自旋电子学版本。这种装置需要一种半导体材料,在这种材料中,磁场可以很容易地控制电子的自旋方向,这种特性称为自旋-轨道耦合。制造这样一个晶体管并不容易,王说。“我们一直在寻找新材料,看看它们是否更适合这个目的。”

佩罗夫斯基就是在这里发挥作用的。

钙钛矿

钙钛矿是一类具有特殊原子结构的矿物。它们作为一种技术材料的价值在过去的10年里才变得明显。因为原子结构,研究人员一直在将钙钛矿开发成制造太阳能电池板的材料。到2018年,太阳能转化为电能的效率已经达到了23%,比2009年的3.8%提高了一大步。

与此同时,瓦尔登和他的同事们正在探索自旋电子学的可能性,以及各种能证明有效传输自旋的材料。因为钙钛矿中的铅原子很重,物理学家预测这种矿物可能具有很强的自旋轨道耦合。在2017年的一篇论文中,瓦尔登和物理助理教授莎拉李表明,一类被称为有机-无机杂化的钙钛矿确实具有大的自旋轨道耦合。也,注入混合材料的自旋寿命相对较长。这两个结果都表明,这种复合钙钛矿作为一种自旋电子学材料具有应用前景。

两个自旋电子器件

下一步,瓦德尼和王在他们最近的工作中完成的,将混合钙钛矿引入自旋电子器件。第一个器件是自旋电子发光二极管,或领导。传统LED中的半导体包含电子和空穴——原子中电子应该存在的地方,但不是。当电子流过二极管时,它们填满洞,发出光。

王说,一个自旋电子发光二极管的工作原理大致相同,但是用磁性电极,电子空穴极化以容纳一定自旋的电子。LED以圆极化电致发光点亮,王说:表明磁电极成功地将自旋极化电子转移到材料中。

瓦德尼补充道:“如果把半导体和铁磁体放在一起,就会产生自旋注入,这一点并不明显。”“你必须证明这一点。他们证明了这一点。”

第二个装置是旋转阀。类似的设备已经存在,并在计算机硬盘驱动器等设备中使用。在旋转阀中,外部磁场在阀门打开时翻转磁性材料的极性,低电阻状态和闭合状态,高电阻状态。

王和瓦尔登的自旋阀做的更多。以混合钙钛矿为器件材料,研究人员可以将自旋注入装置,然后使自旋运动,或摇摆,在设备内部使用磁力操纵。

这很重要,研究人员说。“您可以开发不仅对记录信息和数据存储有用的自旋电子学,但也要计算,”王说。“这是开启自旋电子学领域的人们的最初目标,我们仍在努力做到这一点。”

合在一起,这些实验表明,钙钛矿是一种自旋电子半导体。基于自旋的晶体管的最终目标还差几步,但这项研究为今后的发展奠定了重要的基础。

瓦德尼说:“我们所做的就是证明人们认为钙钛矿有可能发生的事实。”“这是一大步。”

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这项工作由美国资助。能源部科学办公室。

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联络:
保罗加布里埃尔森

801-505-8253

版权所有©犹他大学

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