Vuonna 2017 Utahin yliopiston fyysikko Valy Vardeny kutsui perovskiittia ihmemateriaaliksi, joka mahdollistaa uuden sukupolven elektroniikan eli spintroniikalle ja hän seisoo yhä tämän väitteensä takana. Uusimmassa tiedejulkaisussa Vardeny ja kollegansa esittelevät kahta perovskiittiä käyttävää piirirakennetta, jotka tuovat spintroniikan transistorin yhden askeleen lähemmäksi todellisuutta.
Perovskiitit ovat menestyneet muun muassa aurinkokennojen tutkimuksissa mutta Vardeny ja hänen kollegansa tutkivat sen mahdollisuuksia spintroniikan parissa. Perovskiitin raskaiden lyijyatomien vuoksi fyysikot ennustivat, että mineraalilla voi olla voimakas spinin ja kiertoradan välinen yhteys.
Vuoden 2017 paperissa Vardeny ja fysiikan apulaisprofessori Sarah Li osoittivat, että orgaanisepäorgaanisissa hybrideissä perovskiiteissä on todellakin suuri spin-kiertorata -kytkentä. Seuraava vaihe, jonka Vardeny ja kumppaninsa saavuttivat äskettäin, oli sisällyttää hybridiperovskiitti spintronisiin piirirakenteisiin.
Ensimmäinen niistä on spintroninen valoa emittoiva diodi. Perinteisen ledin puolijohde sisältää elektroneja ja aukkoja ja kun elektronit virtaavat diodin läpi, ne täyttävät aukot ja emittoivat valoa.
Spintroninen ledi toimii paljolti samalla tavalla, mutta magneettisella elektrodilla ja elektronin aukoilla, jotka on polarisoitu tietyn spinin omaavien elektronien vastaanottamiseksi. Ledi loistaa kierteisesti polarisoidulla elektroluminesenssilla, koska magneettinen elektrodi siirtää onnistuneesti spin-polarisoituja elektroneja materiaaliin.
Toinen rakenne on spinventtiili. Vastaavia käytetään jo esimerkiksi tietokoneen kiintolevyissä muuttamassa venttiilin magneettisten materiaalien napaisuutta matalan ja korkean resistanssin tilan välillä ulkoisella magneettikentällä.
Tutkijoiden kehittämä uusi spinventtiili tekee enemmän. Kun materiaalina on hybridiperovskiitti, he voivat injektoida spinin rakenteeseen ja aiheuttaa sitten spinin heilahduksen rakenteen sisällä käyttäen magneettista manipulointia.
Se on iso juttu, toteavat tutkijat. - Voit kehittää spintroniikkaa, joka ei ole pelkästään hyödyllistä informaation ja datan tallentamisessa, vaan myös laskennassa, toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.
Yhdessä nämä kokeet osoittavat, että perovskiitti toimii spintronisena puolijohteena. Spinpohjaisen transistorin lopullinen tavoite on edelleen muutaman askeleen päässä, mutta tässä tutkimuksessa luodaan tärkeä perusta tulevalle työlle.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 15.1.2019
