A gauche, vues de dessus et de côté des structures cristallines de la pérovskite Cs3Bi2I9, un matériau synthétisé à l'Université Rice qui montre les capacités de valleytronics. Chaque maille élémentaire contient deux couches voisines avec une faible interaction de van der Waals entre les deux. A droite :une image montre des triangles du matériau sur un substrat de mica. Crédit :Lou Group/Rice University
Des ingénieurs de la Rice University et de la Texas A&M University ont trouvé un matériau 2D qui pourrait rendre les ordinateurs plus rapides et plus économes en énergie.
Leur matériau est un dérivé de la pérovskite - un cristal avec une structure distinctive - qui a la capacité surprenante de permettre le phénomène valleytronics présenté comme une plate-forme possible pour le traitement et le stockage de l'information.
Le scientifique du laboratoire des matériaux Jun Lou de la Brown School of Engineering de Rice a synthétisé un composé en couches de césium, le bismuth et l'iode qui sont aptes à stocker les états de vallée des électrons, mais seulement dans les couches impaires de la structure.
Ces bits peuvent être réglés avec une lumière polarisée, et les couches paires semblent protéger les impaires du genre d'interférence de champ qui perturbe les autres pérovskites, selon les chercheurs.
Le meilleur de tous, le matériel semble être évolutif.
"Ce n'est pas un nouveau matériau, mais nous avons trouvé un moyen de le faire sans traitement de solution ni exfoliation en vrac, " a déclaré Lou. " Ce qui est nouveau, c'est que nous pouvons le produire (par dépôt chimique en phase vapeur) en quelques couches, et jusqu'à une monocouche. Cela nous a permis de sonder ses propriétés optiques non linéaires."
La découverte est détaillée dans Matériaux avancés .
Valleytronics est un cousin de la spintronique, dans lequel les bits de mémoire sont définis par l'état de spin quantique d'un électron. Dans valleytronics, les électrons ont des degrés de liberté dans les multiples états d'impulsion - ou vallées - qu'ils occupent. Ces états peuvent être lus comme des bits.
L'émission de lumière polarisée d'un césium à 7 couches, triangle du bismuth et de l'iode développé à l'Université Rice, sous excitation polarisée circulairement, montre le mécanisme valleytronics en action. L'encart montre l'état électronique écrit et lu optiquement dans une mémoire valleytronic. Crédit :Lou Group/Rice University
"Dans un transistor, si vous y mettez un électron, il représente un état, et si tu l'enlèves, qui représente un autre état, " a déclaré le co-chercheur principal Hanyu Zhu de Rice. " Dans valleytronics, les électrons sont toujours présents, et sont dans l'une ou l'autre de deux fonctions d'onde quantiques différentes avec des impulsions opposées. Ces deux fonctions d'onde interagissent avec des polarisations lumineuses différentes, ainsi l'état de quantité de mouvement peut être résolu optiquement."
Un examen attentif de l'inorganique, un matériau sans plomb au microscope électronique a montré que les molécules de la couche impaire sont asymétriques. "Ce manque de symétrie manque dans les couches paires - c'est ainsi que nous les différencions - et cela donne lieu aux propriétés que nous voyons, " dit Lou. "C'est juste la nature de cette structure cristalline."
Le laboratoire a testé le matériau avec jusqu'à 11 couches et a constaté qu'un manque de transparence ne semble pas affecter la façon dont la lumière a déclenché une réponse. "Même un matériau plus épais se comporte comme s'il s'agissait toujours d'une seule couche, " dit Lou. " C'est assez important. "
"Les dichalcogénures de métaux de transition 2D plus épais perdent des propriétés uniques comme la valleytronics, " dit-il. " Tous les comportements ont disparu. Ce n'est pas le cas pour ce matériau."
Lou a déclaré que les calculs du co-investigateur principal Xiaofeng Qian de l'Université A&M du Texas avaient fourni les preuves théoriques nécessaires.
"La polarisation de la vallée observée dans les couches minces et épaisses est en grande partie due au faible couplage électronique intercouche, une caractéristique unique de ce dérivé de pérovskite par rapport à d'autres matériaux 2D lorsqu'ils sont empilés ensemble, ", a déclaré Qian. "Cela conduit également à des réponses optiques non linéaires persistantes dans des échantillons plus épais."
Le matériau semble également moins sensible à la dégradation de l'environnement, un problème courant pour les pérovskites hybrides développées pour l'énergie solaire. "Ce matériau ne vous donnera pas une efficacité de conversion très élevée, mais pensez-y comme un athlète complet aux Jeux Olympiques, " a déclaré l'auteur principal et boursier postdoctoral Rice Jia Liang. " Ce n'est peut-être pas le meilleur dans chaque catégorie, mais si vous considérez ses différents aspects ensemble, il se démarquera, " il a dit.
Les chercheurs ont suggéré que l'interaction lumière-matière déjà forte qu'ils ont observée pourrait être améliorée par une ingénierie plus poussée de la bande interdite du matériau.
"Je pense que c'est une avancée pour l'utilisation de ce type de matériel dans le traitement de l'information, " dit Lou. "Nous espérons vraiment que c'est le point de départ."
