Forskare har funnit att vissa organiska halvledande material kan transportera spinn snabbare än de leder laddning, ett fenomen som så småningom kan driva snabbare, mer energisnåla datorer.

Det internationella laget från Storbritannien, Tyskland och Tjeckien, har funnit att dessa material kan användas för "spintroniska" tillämpningar, vilket kan göra billiga organiska halvledare konkurrenskraftiga med kisel för framtida datortillämpningar. Resultaten redovisas i tidskriften Naturelektronik .

'Spin' är termen för elektronernas inneboende rörelsemängd, som kallas upp eller ner. Att använda elektronernas upp/nertillstånd istället för 0 och 1 i konventionell datorlogik skulle kunna förändra det sätt på vilket datorer bearbetar information.

Istället för att flytta runt paket med laddning, en enhet byggd på spintronik skulle överföra information med hjälp av det relativa spinnet för en serie elektroner, känd som en ren spinström. Genom att eliminera laddningsrörelsen, En sådan enhet skulle behöva mindre ström och vara mindre benägen att överhettas – vilket skulle ta bort några av de viktigaste hindren för att ytterligare förbättra datorns effektivitet. Spintronics skulle därför kunna ge oss snabbare, energisnåla datorer, kan utföra mer komplexa operationer än för närvarande.

Eftersom organiska halvledare, används ofta i applikationer som OLED, är billigare och lättare att tillverka än kisel, man hade trott att spintroniska enheter baserade på organiska halvledare kunde driva en framtida datorrevolution. Men hittills, det har inte gått så.

"För att faktiskt överföra information genom spin, elektronens spinn behöver resa rimliga avstånd och leva tillräckligt länge innan informationen som är kodad på den randomiseras, " sa Dr Shu-Jen Wang, en färsk doktorsexamen. examen från University of Cambridges Cavendish Laboratory, och tidningens första författare.

"Organiska halvledare har hittills inte varit realistiska kandidater för spintronik eftersom det var omöjligt att flytta spinn runt en polymerkrets tillräckligt långt utan att förlora den ursprungliga informationen, " sa den första författaren Dr. Deepak Venkateshvaran, också från Cavendish Laboratory. "Som ett resultat, fältet för organisk spintronik har varit ganska tyst under det senaste decenniet."

Den inre strukturen hos organiska halvledare tenderar att vara mycket oordnad, som en tallrik spagetti. Som sådan, laddningspaket rör sig inte alls lika snabbt som de gör i halvledare som kisel eller galliumarsenid, båda har en högordnad kristallin struktur. De flesta experiment på att studera spinn i organiska halvledare har funnit att elektronspin och deras laddningar rör sig tillsammans, och eftersom laddningarna rör sig långsammare, spininformationen går inte långt:vanligtvis bara några tiotals nanometer.

Nu, det Cambridge-ledda teamet säger att de har hittat förutsättningarna som kan göra det möjligt för elektronsnurr att färdas tillräckligt långt för en fungerande organisk spintronisk enhet.

Forskarna ökade på konstgjord väg antalet elektroner i materialen och kunde injicera en ren spinström i dem med en teknik som kallas spinnpumpning. Högledande organiska halvledare, forskarna fann, styrs av en ny mekanism för spinntransport som omvandlar dem till utmärkta spinnledare.

Denna mekanism frikopplar i huvudsak spininformationen från laddningen, så att spinnen transporteras snabbt över avstånd på upp till en mikrometer:tillräckligt långt för en labbbaserad spintronic-enhet.

"Organiska halvledare som har både långa spinntransportlängder och långa spinnlivslängder är lovande kandidater för tillämpningar i framtida spinnbaserade, lågenergiberäkning, kontroll- och kommunikationsanordningar, ett område som hittills till stor del har dominerats av oorganiska halvledare, sa Venkateshvaran, som också är Fellow vid Selwyn College.

Som nästa steg, forskarna avser att undersöka vilken roll kemisk sammansättning spelar för en organisk halvledares förmåga att effektivt transportera spinninformation i prototypenheter.