Ein Forschungsteam hat einen neuen Prozess zur Induktion von Chiralität in Halogenid-Perowskit-Halbleitern entdeckt, der die Tür zu innovativen elektronischen Anwendungen öffnen könnte.
Die Entwicklung ist der jüngste in einer Reihe von Fortschritten des Teams im Bereich der Einführung und Kontrolle von Chiralität. Chiralität bezieht sich auf eine Struktur, die nicht mit ihrem Spiegelbild überlagert werden kann, beispielsweise eine Hand, und die eine bessere Kontrolle der Elektronen durch Lenkung ihres „Spins“ ermöglicht. Die meisten heute verwendeten herkömmlichen optoelektronischen Geräte nutzen die Steuerung von Ladung und Licht, nicht jedoch den Spin des Elektrons.
Wie bereits berichtet, konnten die Forscher mithilfe eines chiralen Perowskit-Halbleiters eine spinpolarisierte LED ohne extrem niedrige Temperaturen und ein Magnetfeld herstellen. Der neueste Fortschritt beschleunigt den Materialentwicklungsprozess zur Spinkontrolle.
Die Einzelheiten werden in einem neuen Buch dargelegt Papier„Remote Chirality Transfer in Low-Dimensional Hybrid Metal Halide Semiconductors“, das in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Naturchemie. Der Schlüssel lag in der Einführung eines chiralen Moleküls mit einer anderen Kopfgruppe in den Perowskit.
Das chirale Molekül passt bewusst nicht in das Perowskit-Gitter, sondern „verdreht“ die Struktur von der Oberfläche. Das chirale Molekül überträgt seine Eigenschaften mehrere Elementarzellen oder Schichten tief in die Perowskitstruktur. Diese Drehung kann durch den Einsatz links- oder rechtsdrehender chiraler Moleküle in den Korngrenzen und Oberflächen eines Perowskitfilms kontrolliert werden, die die Spineigenschaften entsprechend steuern.
Solche verdrillten Strukturen ermöglichen einzigartige Funktionalitäten für Energieanwendungen, bei denen die Spinkontrolle zusätzliches Potenzial bietet, indem sie als elektronische Spinfilter fungieren.
Md Azimul Haque, der Erstautor des Papiers, sagte, dass die Einführung von Chiralität in die niedrigdimensionalen Perowskit-Halbleiter im Allgemeinen ein chirales Molekül im Perowskit-Gitter einschließt, das jedes Mal, wenn man die Zusammensetzung des chiralen Moleküls ändert, eine umfassende Analyse erfordert.
Die Fähigkeit eines proximalen chiralen Moleküls, seine Eigenschaften zu übertragen, ohne die Perowskit-Zusammensetzung zu verändern, mache den Prozess einfacher, schneller und schränke die Zusammensetzung weniger ein, sagte er.
„Wir können jetzt im Vergleich zu herkömmlichen Methoden sehr einfach Materialien mit bekannten Eigenschaften und zusätzlicher Chiralität herstellen“, sagte Haque, ein Postdoktorand. „Der nächste Schritt besteht darin, mit den Materialien zu experimentieren und sie in neue Anwendungen zu integrieren.“
Hybridperowskite beziehen sich auf eine kristalline Struktur, die sowohl anorganische als auch organische Komponenten enthält. Bei anderen Halbleitern, beispielsweise aus Silizium, ist das Material rein anorganisch und starr. Hybrid-Perowskite sind weich und flexibler, „so dass ein verdrehtes Molekül an der Oberfläche den Effekt tiefer in diesen Halbleiter hinein ausdehnt, als dies bei den meisten starren, anorganischen Halbleitern möglich ist“, sagte Joey Luther, leitender Forscher des National Renewable Energy Laboratory (NREL). Fellow und korrespondierender Autor.
„Dies ist ein neuer Weg, Chiralität in Halogenid-Perowskiten zu induzieren“, sagte Luther, „und es könnte zu Technologien führen, die wir uns nicht wirklich vorstellen können, die aber irgendwo in der Art von polarisierten Kameras, 3D-Displays, Spin-Informationsübertragung und optischer Technologie liegen könnten.“ Berechnung oder besser optische Kommunikation – Dinge dieser Art.“
Weitere Informationen:
Md Azimul Haque et al, Fernchiralitätstransfer in niedrigdimensionalen Hybrid-Metallhalogenid-Halbleitern, Naturchemie (2024). DOI: 10.1038/s41557-024-01662-2