Yeni temassız yöntem, ayna görüntüsü malzemelerinin ışığa nasıl farklı tepki verdiğini ortaya koyuyor

Yeni araştırma, ayna görüntüsü malzemelerinin dairesel polarize ışığa nasıl farklı tepki verdiğini görmenin temassız bir yolunu sunuyor; bunları önce onları tam bir elektronik cihaza dönüştürmeden yapıyor. Araştırmacılar, malzemenin yapısının mikroskobik bir filtre gibi nasıl davrandığını, elektronların nasıl ayrıldığını ve hareket ettiğini doğrudan etkilediğini, araştırmacıların ışık kaynaklı yük ayrımına dayanan yeni bir yöntem geliştirdiler.

Bu ilerleme önemlidir çünkü bilim adamlarına, metal temaslar ve bitmiş bir cihazın diğer parçaları sonuçları etkilemeden gelecek vaat eden malzemeleri test etmek için daha hızlı ve daha temiz bir yol sağlar. Bu yaklaşım sonuçta araştırmacıların dairesel polarize ışık, elektrik yükü ve elektron dönüşü kullanan teknolojiler için yeni ayna görüntüsü malzemeleri geliştirmelerine yardımcı olabilir.

Neredeyse aynı iki malzemenin yan yana oturduğunu hayal edin. Onlar, sol ve sağ elleriniz gibi, birbirlerinin ayna görüntüleridir. Onlara sıradan bir ışık tuttuğunuzda hemen hemen aynı görünürler. Ancak bir yönde bükülen ışık parladığında, bir malzeme daha güçlü tepki verir. Işığı diğer yöne çevirdiğinizde ayna görüntüsündeki ortağı liderliği ele geçirir.

Kudüs İbrani Üniversitesi Kimya Enstitüsü ve Nanobilim ve Nanoteknoloji Merkezi’ndeki araştırmacılar tarafından 2017’de yayınlanan yeni bir çalışmanın ardındaki hikaye budur. Küçük.

Joanna Dehnel ve Dr. Igal Levine liderliğindeki ekip, sol ve sağ el gibi iki ayna görüntüsü biçiminde gelen malzemeler olan kiral 2D perovskitleri araştırdı.

Araştırmacılar, bu ayna görüntüsü malzemeleri dairesel polarize ışıkla, yani elektrik alanı ilerledikçe dönen ışıkla etkileşime girdiğinde elektron akışına ne olacağını bilmek istediler.

Ancak bir sorun vardı: Bir malzemenin kendine özgü elektronik özelliklerini, onu değiştirmeden nasıl ölçersiniz?

Bilim adamları normalde bir malzemenin elektriksel davranışını, onu bir cihaza dönüştürerek ve elektrik kontakları bağlayarak incelerler. Ancak bu temaslar, malzemenin kendine özgü elektriksel tepkisini gizleyebilecek veya sinyalin malzemenin kendisinden mi yoksa etrafına inşa edilmiş cihazdan mı geldiğinin anlaşılmasını zorlaştırabilecek kusurlara ve diğer etkilere neden olabilir.

Ekip farklı bir yaklaşım benimsedi.

Dairesel polarize, zamanla çözümlenen yüzey fotovoltajı veya CP-TRSPV adı verilen bir teknik geliştirdiler. Bu yöntem, eksiksiz bir cihaz gerektirmek yerine araştırmacıların, üst elektrik kontağı eklemeden elektrik yüklerinin malzemenin içinde nasıl ayrıldığını gözlemlemelerine olanak tanıyor. Ayrıca nanosaniyelerden milisaniyelere kadar alışılmadık derecede geniş bir zaman aralığında olup bitenleri de takip edebiliyor.

Bunu, malzemenin bir cihaza bağlanmadan önce ne söyleyeceğini dinlemek olarak düşünün.

Ve malzemenin anlatacak epey bir hikayesi vardı.

Ayna görüntüsü malzemeleri zıt ışık türlerini tercih etti

Araştırmacılar sağ ve sol dairesel polarize ışık arasında geçiş yaptığında, iki ayna görüntüsü materyali zıt şekillerde tepki verdi.

R formu sağ-dairesel polarize ışığa daha güçlü tepki verirken, S formu sol-dairesel polarize ışığa daha güçlü tepki verdi.

Önemli bir karşılaştırma olarak, genel bir ayna görüntüsü tercihi olmayan bir karışım olan rasemik bir numune, iki ışık türü arasında önemli bir fark göstermedi.

Sonuç, etkiden kristalin kiral yapısının kendisinin sorumlu olduğunu gösterdi.

Daha da şaşırtıcı olanı elektriksel tepkinin boyutuydu.

Araştırmacılar, R malzemesinde -0,7 ve S malzemesinde 0,17 kadar büyük, gSPV adı verilen bir fotovoltaj anizotropi faktörünü ölçtüler. Elektriksel fark, malzemelerin iki tip dairesel polarize ışığı nasıl emdiğiyle ilgili olarak görülen farktan kabaca 1000 kat daha büyüktü.

Bu, tek bir malzemenin daha fazla ışık absorbe etmesinden daha ilginç bir şeyin olduğu anlamına geliyordu.

Kristal elektronlar için bir filtre gibi davranır

Sonuçlar, kiral kaynaklı spin seçiciliği veya CISS olarak bilinen bir etkiyle tutarlıdır.

Elektronların spin adı verilen bir kuantum özelliği vardır. Bu kiral malzemelerde kristal yapı, bir spin yönüne sahip elektronları diğerine tercih edebilir. Basit bir ifadeyle, malzeme bir şekilde mikroskobik bir filtre gibi davranarak belirli elektronların diğerlerinden daha verimli bir şekilde hareket etmesine veya ayrılmasına olanak tanıyabilir.

Araştırmacılar aynı zamanda zamanla ortaya çıkan elektriksel tepkiyi de izleyebildiler.

Başlangıçtaki dönüşle ilgili süreç son derece hızlı gerçekleşir. Ancak ayrılmış elektrik yüklerinin sayısında yarattığı fark, nanosaniyelerden milisaniye aralığına kadar çok daha uzun süre kalabiliyor.

Araştırmacılar bunun, elektron dönüşlerinin milisaniyeler boyunca hayatta kalacağı anlamına gelmediğini vurguluyor. Bunun yerine, ilk filtreleme, ayrı yüklerden oluşan farklı popülasyonlar yaratır ve bu fark, yükler daha sonra sıkışıp kaldığında, salındığında veya yeniden birleştiğinde görünür olmaya devam eder.

Geleceğin teknolojilerine doğru daha hızlı bir yol

Yeni metodoloji, bilim adamlarının spintronik ve optoelektronik için araştırılan malzemeleri, yani yalnızca elektrik yükü ve ışığı değil, aynı zamanda elektron dönüşünü de kullanan teknolojileri daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir.

Kiral perovskitler özellikle ilgi çekicidir çünkü yapıları, harici bir manyetik alan gerektirmeden yükün ve dönüşün kontrol edilmesine yardımcı olabilir. Potansiyel uygulamalar arasında dairesel polarize ışık dedektörleri, spin tabanlı elektronikler ve farklı polarize ışık biçimlerine farklı yanıt veren diğer cihazlar yer alır.

Yeni ölçüm yöntemi aynı zamanda yararlı malzeme arayışını da hızlandırabilir.

Araştırmacılar, bilim adamlarının her yeni kiral malzeme yarattığında eksiksiz bir elektronik cihaz oluşturmak yerine, öncelikle temassız tekniği kullanarak malzemenin ne kadar güçlü tepki verdiğini hızlı bir şekilde test edebilir ve bu, aynı zamanda yüksek verimli çalışmalara da genişletilebilir. Yazarlar, yaklaşımın potansiyel olarak birçok farklı kiral malzemeye ve kimyasal bileşime genişletilebileceğini söylüyor.

Çalışma, gözlemlenmesi zor bir kuantum etkisini, araştırmacıların zaman içinde takip edebilecekleri bir elektrik sinyaline dönüştürüyor.