Yeni perovskite sistemi, ardışık kuantum kuyuları aracılığıyla oda sıcaklığındaki spin polarizasyonunu genişletiyor

Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (HKUST) Kimya Bölümünde profesör olan Lu Haipeng liderliğindeki bir araştırma ekibi, optoelektronik teknolojiler için spin bilgilerinin korunmasında bir atılım gerçekleştirdi. Ekip, oda sıcaklığında spin polarizasyonunu yaklaşık 300 kat daha uzun süre koruyan bir perovskit kiral çoklu kuantum kuyusu sistemi geliştirdi. Çalışma, gelecekteki kuantum teknolojileri ve yeni nesil spin tabanlı uygulamalar için yeni olanaklar açıyor. Araştırma dergide yayımlandı Doğa Fotoniği.

Yarı iletkenler modern optoelektronik cihazların temelini oluşturuyor ancak endüstri, enerji tüketimini azaltırken işlem hızını artırma konusunda zorluklarla karşılaşmaya devam ediyor. Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için araştırmacılar, özellikle spin tabanlı teknolojiler olmak üzere yeni yaklaşımlar araştırıyorlar. Bununla birlikte, oda sıcaklığında dönüş durumlarını manipüle etmek, hızlı dönüş eşevresizlik süreci nedeniyle son derece zor olmaya devam ediyor.

Bu zorlukların üstesinden gelmek için HKBTÜ araştırma ekibi, verimli bir “döndürme kademesi” sürecini mümkün kılan yeni bir perovskit kiral çoklu kuantum kuyusu sistemi geliştirdi. Ekip, iki aşamalı tohum destekli kristalizasyon yaklaşımını kullanarak, iki boyutlu (n = 1), yarı iki boyutlu (n = 2, 3, 4,…) ve üç boyutlu (n = ∞) perovskit fazları boyunca değişen genişliklere ve sürekli içsel kiraliteye sahip, iyi yönlendirilmiş kuantum kuyuları inşa etti.

Yapısal olarak eşleşmiş kuantum kuyuları, bir dizi ara spin-polarize durum üreten, enerji gradyanlı ve tamamen kiral bir ortam oluşturur. Bu benzersiz mimari, ardışık kiral kuantum kuyuları boyunca verimli spin transferini desteklerken, arayüzey spin kayıplarını azaltır ve toplu fazlar içindeki spin gevşemesini bastırır. Sonuç olarak, spin polarizasyonu, oda sıcaklığında yaklaşık 5 nanosaniye boyunca devam edebilir ve uzun ömürlü spin polarizasyonunun tipik olarak yalnızca ultra düşük sıcaklıklarda elde edilebileceği şeklindeki geleneksel sınırlamanın üstesinden gelebilir.

Uzatılmış spin polarizasyonu, 1,4 × 10⁻²’ye kadar bir lüminesans dissimetri faktörü (gₗᵤₘ) ile dairesel polarize lüminesansa olanak tanır. Malzemeler ayrıca %80’i aşan bir polarizasyon derecesine sahip dönüşe bağlı yük aktarımını da gösterir. Bu özelliklere dayanarak ekip, verimli X-ışınıyla tetiklenen dissimetrik fotopolimerizasyon ve yüksek performanslı dairesel polarize ışık algılama dahil olmak üzere, malzemenin asimetrik fotokataliz ve gelişmiş optik algılama potansiyelini vurgulayan kavram kanıtlama uygulamaları geliştirdi.

Lu şunları söyledi: “Çalışmamız, kademeli bir enerji ortamıyla birlikte ardışık kuantum kuyusu aşamaları boyunca içsel kiralitenin getirilmesinin, perovskit yarı iletkenlerde verimli spin aktarımını ve uzun süreli spin polarizasyonunu mümkün kıldığını gösteriyor. Bu, spin birikimi ve gelişmiş kayroptik ve spintronik cihazların geliştirilmesi için umut verici bir platform sağlar.”