A la izquierda vistas superior y lateral de las estructuras cristalinas de Cs3Bi2I9 derivada de perovskita, un material sintetizado en la Universidad de Rice que muestra las capacidades de Valleytronics. Cada celda unitaria contiene dos capas vecinas con una interacción débil de van der Waals en el medio. A la derecha:una imagen muestra triángulos del material sobre un sustrato de mica. Crédito:Lou Group / Rice University
Los ingenieros de la Universidad Rice y la Universidad Texas A&M han encontrado un material bidimensional que podría hacer que las computadoras sean más rápidas y más eficientes energéticamente.
Su material es un derivado de la perovskita, un cristal con una estructura distintiva, que tiene la sorprendente capacidad de habilitar el fenómeno valleytronics promocionado como una posible plataforma para el procesamiento y almacenamiento de información.
El laboratorio del científico de materiales Jun Lou de la Escuela de Ingeniería Brown de Rice sintetizó un compuesto en capas de cesio, bismuto y yodo que es experto en almacenar los estados de valle de los electrones, pero solo en las extrañas capas de la estructura.
Estos bits se pueden configurar con luz polarizada, y las capas pares parecen proteger a las impares del tipo de interferencia de campo que acosa a otras perovskitas, según los investigadores.
Mejor de todo, el material parece ser escalable.
"Este no es un material nuevo, pero descubrimos una manera de hacerlo sin procesar la solución o exfoliarlo a granel, "Lou dijo." Lo que es novedoso es que podemos producirlo (a través de la deposición de vapor químico) en unas pocas capas, y hasta una monocapa. Eso nos permitió probar sus propiedades ópticas no lineales ".
El descubrimiento se detalla en Materiales avanzados .
Valleytronics es un primo de la espintrónica, en el que los bits de memoria se definen por el estado de espín cuántico de un electrón. En Valleytronics, los electrones tienen grados de libertad en los múltiples estados de momento (o valles) que ocupan. Estos estados se pueden leer como bits.
La emisión de luz polarizada de un cesio de 7 capas, triángulo de bismuto y yodo desarrollado en la Universidad de Rice, bajo excitación polarizada circularmente, muestra el mecanismo de Valleytronics en acción. El recuadro muestra el estado electrónico escrito y leído ópticamente en una memoria Valleytronic. Crédito:Lou Group / Rice University
"En un transistor, si pones un electrón allí, representa un estado, y si lo sacas que representa otro estado, ", dijo el co-investigador principal Hanyu Zhu de Rice." En Valleytronics, los electrones siempre están presentes, y están en cualquiera de dos funciones de onda cuánticas diferentes con momentos opuestos. Estas dos funciones de onda interactúan con diferentes polarizaciones de luz, por lo que el estado de impulso se puede resolver ópticamente ".
Una mirada de cerca a lo inorgánico, material sin plomo a través de un microscopio electrónico mostró que las moléculas en la capa impar son asimétricas. "Esa falta de simetría falta en las capas pares, así es como las diferenciamos entre ellas, y da lugar a las propiedades que vemos, "Dijo Lou." Esa es la naturaleza de esta estructura cristalina ".
El laboratorio probó el material con hasta 11 capas y descubrió que la falta de transparencia no parece afectar qué tan bien la luz desencadena una respuesta. "Incluso un material más grueso se comporta como si fuera una sola capa, "Dijo Lou." Eso es muy importante ".
"Los dicalcogenuros de metales de transición 2-D más gruesos pierden propiedades únicas como los Valleytronics, ", dijo." Todos los comportamientos se han ido. Ese no es el caso de este material ".
Lou dijo que los cálculos del co-investigador principal Xiaofeng Qian de la Universidad Texas A&M proporcionaron la evidencia teórica necesaria.
"La polarización del valle observada tanto en las capas delgadas como en las gruesas se debe en gran parte al débil acoplamiento electrónico entre capas, una característica única de este derivado de perovskita en comparación con otros materiales 2-D cuando se apilan juntos, ", Dijo Qian." También conduce a respuestas ópticas no lineales persistentes en muestras más gruesas ".
El material también parece menos susceptible a la degradación ambiental, un problema común para las perovskitas híbridas desarrolladas para energía solar. "Este material no le dará una eficiencia de conversión muy alta, pero piense en ello como un atleta completo en los Juegos Olímpicos, ", dijo el autor principal y becario postdoctoral de Rice, Jia Liang." Puede que no sea el mejor en cada categoría, pero si consideras sus diferentes aspectos juntos, se destacará, " él dijo.
Los investigadores sugirieron que la ya fuerte interacción luz-materia que observaron podría mejorarse mediante la ingeniería adicional de la banda prohibida del material.
"Creo que es un gran avance el uso de este tipo de material en el procesamiento de información, ", Dijo Lou." Realmente esperamos que este sea el punto de partida ".
