Ingenjörer vid Rice University och Texas A&M University har hittat ett 2D-material som kan göra datorer snabbare och mer energieffektiva.

Deras material är ett derivat av perovskit - en kristall med en distinkt struktur - som har den överraskande förmågan att möjliggöra valleytronics-fenomenet som utpekas som en möjlig plattform för informationsbearbetning och lagring.

Materialforskaren Jun Lous labb från Rice's Brown School of Engineering syntetiserade en skiktad förening av cesium, vismut och jod som är skicklig på att lagra elektronernas daltillstånd, men bara i strukturens udda lager.

Dessa bitar kan ställas in med polariserat ljus, och de jämna skikten verkar skydda de udda från den typ av fältinterferens som djävular andra perovskiter, enligt forskarna.

Bäst av alla, materialet verkar vara skalbart.

"Det här är inget nytt material, men vi kom på ett sätt att göra det utan att bearbeta eller exfoliera det från bulk, "Sa Lou. "Det nya är att vi kan producera det (via kemisk ångavsättning) i några lager, och hela vägen ner till ett monolager. Det gjorde det möjligt för oss att undersöka dess olinjära optiska egenskaper."

Upptäckten är detaljerad i Avancerade material .

Valleytronics är en kusin till spintronics, där minnesbitar definieras av en elektrons kvantspinntillstånd. Inom valleytronics, elektroner har frihetsgrader i de multipla momentumtillstånd – eller dalar – de upptar. Dessa tillstånd kan läsas som bitar.

"I en transistor, om du sätter en elektron där, det representerar en stat, och om du tar ut den, som representerar en annan stat, " sa co-rektor utredare Hanyu Zhu från Rice. "Inom valleytronics, elektronerna är alltid närvarande, och befinner sig i endera av två olika kvantvågfunktioner med motsatt momenta. Dessa två vågfunktioner interagerar med olika ljuspolarisation, så momentumtillståndet kan lösas optiskt."

En närmare titt på det oorganiska, blyfritt material genom ett elektronmikroskop visade att molekylerna i det udda lagret är asymmetriska. "Den där bristen på symmetri saknas i de jämna lagren - det är så vi skiljer mellan dem - och det ger upphov till egenskaperna vi ser, "Sa Lou. "Det är bara naturen av den här kristallstrukturen."

Labbet testade materialet med upp till 11 lager och fann att bristen på transparens inte verkar påverka hur väl ljus utlöste ett svar. "Även ett tjockare material beter sig som om det fortfarande är ett enda lager, "Sa Lou. "Det är ganska viktigt."

"Tjockare 2-D övergångsmetalldikalkogenider förlorar unika egenskaper som valleytronics, " sa han. "Alla beteenden är borta. Det är inte fallet för det här materialet."

Lou sa att beräkningar av medföreståndare Xiaofeng Qian vid Texas A&M University gav de nödvändiga teoretiska bevisen.

"Dalpolarisationen som observeras i både tunna och tjocka lager beror till stor del på den svaga elektroniska kopplingen mellan lagren, en unik egenskap hos detta perovskitderivat jämfört med andra 2D-material när de staplas ihop, " Sa Qian. "Det leder också till ihållande olinjära optiska svar i tjockare prover."

Materialet verkar också mindre mottagligt för miljöförstöring, ett vanligt problem för hybridperovskiter utvecklade för solenergi. "Detta material kommer inte att ge dig särskilt hög konverteringseffektivitet, men tänk på det som en allroundatlet i de olympiska spelen, " sade huvudförfattaren och Rice postdoktor Jia Liang. "Det kanske inte är den bästa i varje kategori, men om du betraktar dess olika aspekter tillsammans, det kommer att sticka ut, " han sa.

Forskarna föreslog att den redan starka interaktionen mellan ljus och materia de observerade kunde förbättras genom att ytterligare konstruera materialets bandgap.

"Jag tror att det är ett genombrott för att använda den här typen av material i informationsbehandling, "Sa Lou. "Vi hoppas verkligen att detta är utgångspunkten."