Les chercheurs ont découvert que certains matériaux semi-conducteurs organiques peuvent transporter le spin plus rapidement qu'ils ne conduisent la charge, un phénomène qui pourrait éventuellement alimenter plus rapidement, des ordinateurs plus économes en énergie.

L'équipe internationale du Royaume-Uni, l'Allemagne et la République tchèque, ont découvert que ces matériaux pouvaient être utilisés pour des applications « spintroniques », ce qui pourrait rendre les semi-conducteurs organiques bon marché compétitifs avec le silicium pour les futures applications informatiques. Les résultats sont publiés dans le journal Nature Électronique .

« Spin » est le terme pour le moment angulaire intrinsèque des électrons, qui est appelé haut ou bas. L'utilisation des états haut/bas des électrons au lieu du 0 et du 1 dans la logique informatique conventionnelle pourrait transformer la façon dont les ordinateurs traitent l'information.

Au lieu de déplacer des paquets de charge, un dispositif construit sur la spintronique transmettrait des informations en utilisant le spin relatif d'une série d'électrons, connu sous le nom de courant de spin pur. En éliminant le mouvement de charge, un tel appareil aurait besoin de moins d'énergie et serait moins sujet à la surchauffe, ce qui éliminerait certains des obstacles les plus importants à l'amélioration de l'efficacité de l'ordinateur. La spintronique pourrait donc nous donner plus rapidement, ordinateurs économes en énergie, capable d'effectuer des opérations plus complexes qu'à l'heure actuelle.

Depuis les semi-conducteurs organiques, largement utilisé dans des applications telles que les OLED, sont moins chers et plus faciles à produire que le silicium, on pensait que les dispositifs spintroniques basés sur des semi-conducteurs organiques pourraient alimenter une future révolution informatique. Mais si loin, ça n'a pas marché comme ça.

"Pour transférer réellement des informations par rotation, le spin de l'électron doit parcourir des distances raisonnables et vivre assez longtemps avant que les informations codées sur lui ne soient randomisées, " a déclaré le Dr Shu-Jen Wang, un doctorat récent. diplômé du Laboratoire Cavendish de l'Université de Cambridge, et le co-premier auteur de l'article.

"Les semi-conducteurs organiques n'ont pas été des candidats réalistes pour la spintronique jusqu'à présent car il était impossible de déplacer suffisamment les spins autour d'un circuit polymère sans perdre les informations d'origine, " a déclaré le co-premier auteur, le Dr Deepak Venkateshvaran, également du Laboratoire Cavendish. "Par conséquent, le domaine de la spintronique organique a été assez calme au cours de la dernière décennie."

La structure interne des semi-conducteurs organiques a tendance à être très désordonnée, comme une assiette de spaghettis. En tant que tel, les paquets de charge ne se déplacent pas aussi vite que dans les semi-conducteurs comme le silicium ou l'arséniure de gallium, qui ont tous deux une structure cristalline hautement ordonnée. La plupart des expériences sur l'étude du spin dans les semi-conducteurs organiques ont montré que les spins des électrons et leurs charges se déplacent ensemble, et comme les charges se déplacent plus lentement, l'information de spin ne va pas loin :typiquement seulement quelques dizaines de nanomètres.

Maintenant, l'équipe dirigée par Cambridge affirme avoir trouvé les conditions qui pourraient permettre aux spins des électrons de voyager suffisamment loin pour qu'un dispositif de spintronique organique fonctionne.

Les chercheurs ont artificiellement augmenté le nombre d'électrons dans les matériaux et ont pu y injecter un courant de spin pur à l'aide d'une technique appelée pompage de spin. Semi-conducteurs organiques hautement conducteurs, les chercheurs ont trouvé, sont régis par un nouveau mécanisme de transport du spin qui les transforme en d'excellents conducteurs de spin.

Ce mécanisme découple essentiellement l'information de spin de la charge, de sorte que les spins sont transportés rapidement sur des distances allant jusqu'à un micromètre :assez loin pour un dispositif de spintronique de laboratoire.

« Les semi-conducteurs organiques qui ont à la fois de longues longueurs de transport de spin et de longues durées de vie de spin sont des candidats prometteurs pour des applications dans le futur basé sur le spin, calcul basse consommation, dispositifs de contrôle et de communication, un domaine largement dominé à ce jour par les semi-conducteurs inorganiques, " dit Venkateshvaran, qui est également membre du Selwyn College.

Comme prochaine étape, les chercheurs ont l'intention d'étudier le rôle que joue la composition chimique dans la capacité d'un semi-conducteur organique à transporter efficacement les informations de spin au sein de dispositifs prototypes.