Onderzoekers hebben ontdekt dat bepaalde organische halfgeleidende materialen spin sneller kunnen transporteren dan dat ze lading geleiden. een fenomeen dat uiteindelijk sneller zou kunnen aandrijven, energiezuinigere computers.

Het internationale team uit het Verenigd Koninkrijk, Duitsland en Tsjechië, hebben ontdekt dat deze materialen kunnen worden gebruikt voor 'spintronische' toepassingen, waardoor goedkope organische halfgeleiders concurrerend kunnen zijn met silicium voor toekomstige computertoepassingen. De resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift Natuur Elektronica .

'Spin' is de term voor het intrinsieke impulsmoment van elektronen, die omhoog of omlaag wordt genoemd. Het gebruik van de op/neer-toestanden van elektronen in plaats van de 0 en 1 in conventionele computerlogica zou de manier kunnen veranderen waarop computers informatie verwerken.

In plaats van ladingpakketten te verplaatsen, een apparaat gebouwd op spintronica zou informatie verzenden met behulp van de relatieve spin van een reeks elektronen, bekend als een zuivere spinstroom. Door de beweging van lading te elimineren, een dergelijk apparaat zou minder stroom nodig hebben en minder vatbaar zijn voor oververhitting, waardoor enkele van de belangrijkste obstakels voor verdere verbetering van de computerefficiëntie worden weggenomen. Spintronics zou ons daarom sneller, energiezuinige computers, in staat zijn om complexere operaties uit te voeren dan nu het geval is.

Sinds organische halfgeleiders, veel gebruikt in toepassingen zoals OLED's, zijn goedkoper en gemakkelijker te produceren dan silicium, men dacht dat spintronische apparaten op basis van organische halfgeleiders een toekomstige computerrevolutie zouden kunnen aandrijven. Maar tot nu toe, het is niet zo gegaan.

"Om daadwerkelijk informatie over te dragen door middel van spin, de spin van het elektron moet redelijke afstanden afleggen en lang genoeg leven voordat de informatie die erop is gecodeerd willekeurig wordt, " zei Dr. Shu-Jen Wang, een recente Ph.D. afgestudeerd aan het Cavendish Laboratory van de Universiteit van Cambridge, en de co-eerste auteur van het papier.

"Organische halfgeleiders zijn tot nu toe geen realistische kandidaten voor spintronica omdat het onmogelijk was om spins ver genoeg door een polymeercircuit te verplaatsen zonder de oorspronkelijke informatie te verliezen. " zei co-eerste auteur Dr. Deepak Venkateshvaran, ook van het Cavendish-laboratorium. "Als resultaat, op het gebied van biologische spintronica is het de afgelopen tien jaar vrij rustig geweest."

De interne structuur van organische halfgeleiders is vaak zeer ongeordend, als een bord spaghetti. Als zodanig, ladingspakketten bewegen lang niet zo snel als in halfgeleiders zoals silicium of galliumarsenide, die beide een sterk geordende kristallijne structuur hebben. De meeste experimenten met het bestuderen van spin in organische halfgeleiders hebben aangetoond dat elektronenspins en hun ladingen samen bewegen, en aangezien de ladingen langzamer bewegen, de spin-informatie gaat niet ver:meestal slechts enkele tientallen nanometers.

Nutsvoorzieningen, het door Cambridge geleide team zegt dat ze de omstandigheden hebben gevonden waardoor elektronenspins ver genoeg kunnen reizen voor een werkend organisch spintronisch apparaat.

De onderzoekers verhoogden het aantal elektronen in de materialen kunstmatig en waren in staat om er een pure spinstroom in te injecteren met behulp van een techniek die spinpompen wordt genoemd. Sterk geleidende organische halfgeleiders, vonden de onderzoekers, worden beheerst door een nieuw mechanisme voor spintransport dat ze transformeert in uitstekende spin-geleiders.

Dit mechanisme ontkoppelt in wezen de spin-informatie van de lading, zodat de spins snel worden getransporteerd over afstanden tot een micrometer:ver genoeg voor een spintronica-apparaat in het laboratorium.

"Organische halfgeleiders die zowel lange spintransportlengtes als lange spinlevensduren hebben, zijn veelbelovende kandidaten voor toepassingen in toekomstige spingebaseerde, lage energie computergebruik, controle- en communicatieapparatuur, een veld dat tot op heden grotendeels wordt gedomineerd door anorganische halfgeleiders, " zei Venkateshvaran, die ook een Fellow van Selwyn College is.

Als volgende stap, de onderzoekers zijn van plan de rol te onderzoeken die chemische samenstelling speelt in het vermogen van een organische halfgeleider om spin-informatie efficiënt te transporteren binnen prototype-apparaten.