Organska elektronika z robom: Dvodimenzionalne organske mreže so enostavnejše in varnejše za delo kot anorganski materiali za spintronske in kvantne računalniške aplikacije | 2020

Vsebina:

Anonim

Zaradi edinstvene kristalne strukture topoloških izolatorjev jih izoliramo povsod, razen okoli robov. Ker je prevodnost teh materialov lokalizirana v kvantizirana površinska stanja, tok, ki teče skozi topološke izolatorje, pridobi posebne značilnosti. Na primer, lahko polarizira elektronske spine v eno samo orientacijo - pojav, ki ga raziskovalci izkoriščajo za izdelavo „spinskih orbitalnih sklopk“, ki ustvarjajo magnetna polja za spintroniko brez potrebe po zunanjih magnetih.

Številni topološki izolatorji so narejeni z večkratnim pilingom anorganskih mineralov, kot so bizmutni teluridi ali bizmutovi selenidi, z lepljivim trakom, dokler se ne pojavijo ploski dvodimenzionalni listi (2D). "To daje boljše lastnosti v primerjavi z masami kristalov, vendar mehansko luščenje ima slabo ponovljivost," pojasnjuje Shuo-Wang Yang iz Inštituta za visoko zmogljivo računalništvo A * STAR. "Predlagali smo raziskavo topoloških izolatorjev na osnovi organskih koordinacijskih kompleksov, saj so te strukture primernejše za tradicionalno mokro kemijsko sintezo kot anorganski materiali."

Koordinacijski kompleksi so spojine, v katerih se organske molekule, znane kot ligandi, simetrično vežejo okoli osrednjega atoma kovine. Yang in njegova ekipa so kot dobri kandidati za svojo metodo identificirali nove "obstojne" organske ligandne komplekse. Te spojine vsebujejo ligande, narejene iz majhnih, togih aromatskih obročev. Z uporabo prehodnih kovin za povezavo teh organskih gradnikov v večje obroče, znane kot "makrocikli", lahko raziskovalci izdelajo razširjene 2D rešetke, ki imajo visoko mobilnost nosilcev.

Določanje 2D organskih mrež z želenimi topološkimi lastnostmi izolatorja je težko, če se zanašamo samo na poskuse. Da bi izboljšali to iskanje, so Yang in njegovi sodelavci uporabili kombinacijo kvantnih izračunov in simulacij pasovne strukture, da bi preverili elektronsko aktivnost različnih oblik obstojnih organskih kompleksov. Skupina je v svojih simulacijah iskala dva ključna dejavnika: ligande, ki lahko delokalizirajo elektrone v 2D ravnini, podobni grafenu, in močno spin-orbitno povezovanje med osrednjimi vozlišči prehodnih kovin in ligandi.

Nova družina potencialnih organskih topoloških izolatorjev ima 2D makrocikle s satovjem, ki vsebujejo trifenilne obroče, paladijeve ali platinske kovine ter amino vezne skupine. Z obetavnimi kvantnimi lastnostmi in visoko teoretsko stabilnostjo lahko ti kompleksi služijo kot topološki izolatorji v realnih aplikacijah.

"Ti materiali so enostavni za izdelavo in cenejši kot njihovi anorganski kolegi," pravi Yang. "Primerni so tudi za montažo neposredno na polprevodniške površine, zaradi česar so nanoelektronske aplikacije bolj izvedljive."

Raziskovalci, ki sodelujejo pri raziskavi A * STAR, sodelujejo pri Inštitutu za visoko zmogljivo računalništvo in Inštitutu za raziskave in inženirstvo.