_ Polimerul imprimat permite cercetătorilor pentru a explora chiralitatea și interacțiunile spin la temperatura camerei

Un polimer organic imprimabil care se adună în structuri chirale atunci când este imprimat a permis cercetătorilor să măsoare în mod fiabil cantitatea de sarcină produsă în conversia spin-la-sarcină într-un material spintronic la temperatura camerei. Calitățile reglabile și versatilitatea polimerului îl fac de dorit nu numai pentru aplicații electronice imprimabile mai puțin costisitoare, ecologice, ci și pentru utilizarea în înțelegerea chiralității și a interacțiunilor de spin în general.

Dispozitivele Spintronic sunt dispozitive electronice care valorifică spin al unui electron, mai degrabă decât sarcina sa, pentru a crea un curent eficient din punct de vedere energetic utilizat pentru stocarea datelor, comunicare și calcul. Materialele chirale se referă la materiale care nu pot fi impuse imaginii lor în oglindă - gândiți-vă la mâinile tale stângi și drepte, de exemplu. Dacă puneți mâna stângă peste dreapta, pozițiile degetelor sunt inversate. Aceasta este chiralitatea.

Chiralitatea în materialele spintronice permite proiectanților să controleze direcția de rotație în interiorul materialului, cunoscut sub numele de „selectivitatea spin indusă de chiralitate (CISS)”. Efectul CISS apare atunci când curentul de încărcare curge de-a lungul axei chirale într-un material chiral, producând conversie spin sau încărcare în spin, fără a avea nevoie de elemente feromagnetice. Conversia încărcare la rotire este necesară pentru stocarea memoriei în dispozitivele de calcul.

„Știm că conversia încărcare la rotire condusă de CISS funcționează eficient în semiconductori chirali, dar vrem să știm de ce”, spune Dali Sun, profesor asociat de fizică, membru al Laboratorului de Electronică Organică și Carbon (ORaCEL) de la Universitatea de Stat din Carolina de Nord și co-autor corespondent al lucrării. „Și o modalitate ușoară de a înțelege mecanica uluitoare a unui astfel de proces este să-l inversezi, adică să te uiți la conversia spin-to-charge prin efectul invers CISS.”

Sun a lucrat cu Ying Diao. , profesor asociat de inginerie chimică și biomoleculară la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign și co-autor corespondent al lucrării, care a dezvoltat procese de imprimare pentru a asambla polimerii organici conjugați în structuri elicoidale chirale. Lucrarea, „Inverse Chirality-Induced Spin Selectivity Effect in Chiral Assemblies of π-Conjugated Polymers”, a fost publicată în Nature Materials.

„Materialele organice pot transporta rotația pe distanțe lungi, dar nu sunt bun la conversia rotației în încărcare, ceea ce este necesar pentru dispozitivele spintronice”, spune Diao. „Făcând structura acestui material chiral, îl putem folosi pentru a converti între spin și încărcare.”

„Efectul CISS este creat prin introducerea unei încărcări într-un dispozitiv spintronic chiral, dar dând seama cât de eficient este sarcina este convertită în spin în interiorul dispozitivului este foarte dificilă, deoarece este greu să măsurați spinul produs într-un mod cantitativ", spune Sun.

"Efectul de selectivitate a spinului indus de chiralitate inversă, sau ICIS, unde puneți spin în dispozitiv și măsurați curentul rezultat, nu a fost studiat în polimeri organici”, spune Sun. „Dar este mult mai ușor să măsori curentul decât spinul. Așa că asta am făcut.”

Sun a folosit excitația cu microunde ca tehnică de pompare prin spin pentru a injecta spin pur în polimerul organic și a măsura curentul rezultat.

Cercetătorii au descoperit că durata de viață a spinului de până la nanosecunde era realizabilă în polimerul organic chiral la temperatura camerei, spre deosebire de duratele de viață în picosecunde din materialele spintronice tradiționale.

„Frumusețea acestui lucru. materialul – printre altele – este reglabilitatea sa”, spune Sun. „Putem schimba chiralitatea, conductivitatea și să vedem cum acestea afectează spin-ul sau eficiența. Acum avem o modalitate de a obține cu adevărat o perspectivă asupra de ce funcționează dispozitivele spintronice legate de CISS, ceea ce ne-ar putea ajuta să proiectăm altele mai bune și mai eficiente”.

„Electronicele pe bază de polimeri sunt mult mai puțin consumatoare de energie de fabricat decât electronicele actuale și sunt ușor de extins pentru producție”, spune Diao. „Deoarece semiconductorii polimeri sunt imprimabili — pot fi tipăriți în același mod în care sunt ziarele — ar fi ideali pentru aplicații portabile, flexibile și extensibile, de la celule solare la noi forme de computere.”

(Fluierul)