La prochaine génération de technologies de l'information pourrait tirer parti de l'électronique de spin - une électronique qui utilise les minuscules champs magnétiques émanant des électrons en rotation ainsi que les charges électriques des électrons eux-mêmes - pour accélérer, petits appareils électroniques qui consomment moins d'énergie.

Les travaux récemment publiés par des scientifiques du National Renewable Energy Laboratory et de l'Université de l'Utah pourraient figurer dans le succès futur de l'électronique à base de spin. Ils ont montré que le transport d'électrons avec un état de spin particulier à travers une pérovskite hybride organique-inorganique bidimensionnelle peut être manipulé en introduisant des molécules organiques spéciales dans la structure multicouche. Ce sont des chiraux, ce qui signifie qu'ils préfèrent une hélicité électronique à l'autre.

Le nouveau papier, "Transport de charge dépendant du spin à travers des pérovskites hybrides plomb-iodures chirales 2-D, " apparaît dans le journal Avancées scientifiques . Les chercheurs ont travaillé ensemble sous l'égide du Center for Hybrid Organic Inorganic Semiconductors for Energy (CHOISE), un centre de recherche Energy Frontier financé par l'Office of Science du département américain de l'Énergie, Sciences fondamentales de l'énergie.

Haipeng Lu, un chercheur postdoctoral travaillant avec Matthew C. Beard, chargé de recherche senior au NREL et directeur de CHOISE, et Z. Valy Vardeny, Professeur émérite de physique de l'U, sont les principaux auteurs de l'article.

"Nous avons découvert que la structure multicouche agit comme un filtre de spin naturel, qui peut être utilisé pour injecter des électrons alignés en spin dans des couches actives sans avoir besoin d'un champ magnétique externe. C'est le début d'un nouveau paradigme de spintronique sans champ magnétique, " dit Vardeny.

Un électron peut avoir des spins "vers le haut" ou "vers le bas", et les électrons de spins opposés peuvent occuper le même état électronique. Le défi clé dans un dispositif spintronique est de contrôler la densité d'électrons polarisés en spin; C'est, pour manipuler le nombre d'électrons avec des états de spin bien définis. Informatique quantique basée sur le spin, par exemple, nécessitera la capacité de contrôler et de traiter ces états de spin individuels. Une façon de contrôler les courants polarisés en spin consiste à utiliser la « sélectivité de spin induite par chiral, " où le transport d'électrons avec des états de spin " vers le haut " ou " vers le bas " dépend de la chiralité des matériaux de transport - une propriété structurelle d'un système où son image miroir n'est pas superposable sur lui-même. Par exemple, un système chiral orienté « gaucher » peut permettre le transport d'électrons avec des spins « vers le haut » mais bloquer les électrons avec des spins « vers le bas » et vice versa.

Les scientifiques ont démontré comment intégrer un sous-réseau organique chiral dans un cadre inorganique, créer un système chiral capable de transporter des électrons avec le contrôle de spin souhaité. Ces pérovskites en couches hybrides organiques/inorganiques préfèrent conduire un seul état de spin en fonction de la "maniabilité" des molécules organiques chirales. Ainsi, les films de pérovskite chirale agissent comme un filtre de spin.

Ces travaux ouvrent la porte à de futurs dispositifs spintroniques basés sur des filtres de spin pérovskites chiraux.

La recherche s'appuie sur une découverte accidentelle que l'équipe de Beard a faite il y a plusieurs années selon laquelle les matériaux pérovskites présentent un effet Stark optique efficace à température ambiante. L'effet peut être utilisé pour contrôler ou traiter des états de spin individuels à l'aide d'impulsions lumineuses optiques. Alors que des dispositifs optoélectroniques de spin basés sur des pérovskites hybrides organiques-inorganiques ont été proposés théoriquement, Vardeny et ses collègues chercheurs de l'Université de l'Utah ont annoncé plus tôt cette année qu'ils étaient en mesure de démontrer de tels dispositifs, notamment des vannes de spin et des LED de spin.

Les filtres de spin développés ici sont un autre composant des applications spintroniques à base de pérovskite.

CHOISE a fourni le financement par le biais du département américain de l'Énergie, Office of Basic Energy Sciences dans le cadre d'un Energy Frontier Research Center.