La próxima generación de tecnología de la información podría aprovechar la espintrónica, la electrónica que utiliza los minúsculos campos magnéticos que emanan de los electrones en rotación, así como las cargas eléctricas de los propios electrones, para obtener más rapidez, dispositivos electrónicos más pequeños que consumen menos energía.

El trabajo recientemente publicado por científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable y la Universidad de Utah puede influir en el éxito futuro de la electrónica basada en espines. Han demostrado que el transporte de electrones con un estado de giro particular a través de una perovskita orgánica-inorgánica híbrida bidimensional puede manipularse introduciendo moléculas orgánicas especiales en la estructura multicapa. Estos son quirales, lo que significa que prefieren una helicidad electrónica sobre la otra.

El nuevo papel "Transporte de carga dependiente de espín a través de perovskitas de yoduro de plomo híbridas quirales 2-D, "aparece en el diario Avances de la ciencia . Los investigadores trabajaron juntos bajo el paraguas del Centro de Semiconductores Inorgánicos Orgánicos Híbridos para Energía (CHOISE), un Centro de Investigación de la Frontera de la Energía financiado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU. Ciencias Básicas de la Energía.

Haipeng Lu, un investigador postdoctoral que trabaja con Matthew C. Beard, investigador senior en NREL y director de CHOISE, y Z. Valy Vardeny, Profesor Distinguido de Física de la U, son los autores principales del artículo.

"Descubrimos que la estructura multicapa actúa como un filtro de giro natural, que se puede utilizar para inyectar electrones de espín alineado en capas activas sin la necesidad de un campo magnético externo. Este es el comienzo de un nuevo paradigma de espintrónica sin campo magnético, "dijo Vardeny.

Un electrón puede tener giros "hacia arriba" o "hacia abajo", y los electrones con espines opuestos pueden ocupar el mismo estado electrónico. El desafío clave en un dispositivo espintrónico es controlar la densidad de electrones de espín polarizado; es decir, manipular el número de electrones con estados de espín bien definidos. Computación cuántica basada en espines, por ejemplo, requerirá la capacidad de controlar y abordar estos estados de giro individuales. Una forma de controlar las corrientes de espín polarizado es a través de la "selectividad de espín inducida quiral, "donde el transporte de electrones con estados de espín" arriba "o" abajo "depende de la quiralidad de los materiales transportadores, una propiedad estructural de un sistema donde su imagen especular no se puede superponer a sí misma. Por ejemplo, un sistema quiral orientado a "zurdos" puede permitir el transporte de electrones con espines "ascendentes" pero bloquear electrones con espines "descendentes" y viceversa.

Los científicos han demostrado cómo integrar una subred orgánica quiral en un marco inorgánico, creando un sistema quiral que puede transportar electrones con el control de giro deseado. Estas perovskitas en capas híbridas orgánicas / inorgánicas prefieren conducir un estado de giro dependiendo de la "mano" de las moléculas orgánicas quirales. Por lo tanto, las películas quirales de perovskita actúan como un filtro giratorio.

Este trabajo abre la puerta para futuros dispositivos espintrónicos basados ​​en filtros de espín de perovskita quirales.

La investigación se basa en un descubrimiento accidental que hizo el equipo de Beard hace varios años de que los materiales de perovskita exhiben un efecto óptico Stark eficiente a temperatura ambiente. El efecto se puede utilizar para controlar o abordar estados de espín individuales utilizando pulsos de luz óptica. Mientras que teóricamente se han propuesto dispositivos optoelectrónicos de espín basados ​​en perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas, Vardeny y sus colegas investigadores de la Universidad de Utah anunciaron a principios de este año que pudieron demostrar dichos dispositivos, incluidas válvulas giratorias y LED giratorios.

Los filtros de espín desarrollados aquí son otro componente de las aplicaciones espintrónicas basadas en perovskita.

CHOISE proporcionó los fondos a través del Departamento de Energía de EE. UU., Oficina de Ciencias Energéticas Básicas como parte de un Centro de Investigación de Frontera Energética.