16:44 2022-07-06
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Spintronică: semiconductorii giganți Rashba prezintă o dinamică neconvențională cu potențiale aplicații
_ Spintronics: spectacol de semiconductori Giant Rashba dinamică neconvențională cu potențiale aplicații
Telurura de germaniu este un candidat puternic pentru utilizarea în dispozitive spintronice funcționale datorită efectului său gigant Rashba. Acum, oamenii de știință de la HZB au descoperit un alt fenomen intrigant în GeTe, studiind răspunsul electronic la excitația termică a probelor. Spre surprinderea lor, relaxarea ulterioară a procedat fundamental diferit de cea a semimetalelor convenționale. Controlând cu delicatețe detaliile fine ale structurii electronice de bază, ar putea fi concepute noi funcționalități ale acestei clase de materiale. Ei au raportat rezultatele lor în Advanced Materials.
În ultimele decenii, complexitatea și funcționalitatea tehnologiilor bazate pe siliciu a crescut exponențial, proporțional cu cererea tot mai mare pentru dispozitive mai mici și mai capabile. Cu toate acestea, era siliciului se apropie de sfârșit. Odată cu creșterea miniaturizării, efectele cuantice nedorite și pierderile termice devin un obstacol din ce în ce mai mare. Progresele suplimentare necesită noi materiale care să valorifice efectele cuantice mai degrabă decât să le evite. Dispozitivele spintronice, care folosesc spini de electroni mai degrabă decât încărcarea lor, promit dispozitive mai eficiente din punct de vedere energetic, cu timpi de comutare semnificativ îmbunătățiți și funcționalități complet noi.
Dispozitivele spintronice vin
Candidații pentru dispozitive spintronice sunt materiale semiconductoare în care spinurile sunt cuplate cu mișcarea orbitală a electronilor. Acest așa-numit efect Rashba apare într-un număr de semiconductori nemagnetici și compuși semimetalici și permite, printre altele, manipularea spinurilor din material printr-un câmp electric.
Primul studiu într-un stare de neechilibru
Telurura de germaniu găzduiește unul dintre cele mai mari efecte Rashba ale tuturor sistemelor semiconductoare. Până acum, însă, telurura de germaniu a fost studiată doar în echilibru termic. Acum, pentru prima dată, o echipă condusă de fizicianul HZB Jaime-Sanchez-Barriga a accesat în mod specific o stare de neechilibru în probele GeTe de la BESSY II și a investigat în detaliu modul în care este restabilit echilibrul în material pe ultrarapid (<10-12). secunde) intervale de timp. În acest proces, fizicienii s-au confruntat cu un fenomen nou și neașteptat.
Mai întâi, proba a fost excitată cu un impuls infraroșu și apoi măsurată cu rezoluție în timp înaltă folosind spectroscopie de fotoemisie cu rezoluție în unghi (tr-ARPES). „Pentru prima dată, am putut să observăm și să caracterizăm toate fazele de excitare, termalizare și relaxare pe scale de timp ultrascurte”, spune Sánchez-Barriga. Cel mai important rezultat: „Datele arată că echilibrul termic dintre sistemul de electroni și rețeaua cristalină este restabilit într-un mod extrem de neconvențional și contraintuitiv”, explică unul dintre autorii principali, Oliver Clark.
Echilibrul restabilit: Cu cât este mai rece, cu atât mai rapid
În sistemele metalice simple, echilibrul termic se stabilește în primul rând prin interacțiunea dintre electroni între ei și între electroni și vibrațiile rețelei din cristal (fononi). Acest proces încetinește constant cu temperaturi mai scăzute. Cu toate acestea, în telurura de germaniu, cercetătorii au observat un comportament opus: cu cât temperatura rețelei probei este mai mică, cu atât echilibrul termic se stabilește mai repede după excitarea cu impulsul de căldură. „A fost foarte surprinzător”, spune Sánchez-Barriga.
Cu calcule teoretice în cadrul abordării Boltzmann efectuate de colaboratorii de la Universitatea Tehnologică Nanyang, aceștia au reușit să interpreteze procesele microscopice de bază și să distingă trei diferite procese de termalizare: Interacțiuni între electroni din aceeași bandă, în benzi diferite și electroni cu fononi.
Se pare că interacțiunea dintre electroni domină dinamica și devine mult mai rapidă odată cu scăderea temperaturii rețelei. „Acest lucru poate fi explicat prin influența divizării Rashba asupra forței interacțiunilor electronice fundamentale. Acest comportament este aplicabil tuturor semiconductorilor Rashba”, spune Sánchez-Barriga: „Rezultatele prezente sunt importante pentru aplicațiile viitoare ale semiconductorilor Rashba și ale acestora. excitații în spintronica ultrarapidă.”
Comentarii:
Adauga Comentariu