HKUST создал перовскитные хиральные квантовые ямы со спином ~5 нс при комнатной температуре

Группа под руководством проф. Лу Хайпэна (Lu Haipeng) с кафедры химии Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) создала ориентированные перовскитные хиральные множественные квантовые ямы со временем спиновой когерентности около 5 нс при комнатной температуре, говорится в статье на nature.com nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. По данным команды, спиновая поляризация сохраняется примерно в 300 раз дольше при комнатной температуре. Работа опубликована в Nature Photonics под названием «Perovskite chiral multiple quantum wells with extended spin lifetime via efficient spin cascade».

Спиновый каскад в связанных квантовых ямах

Применение галогенидных перовскитов в хироптических и спинтронных устройствах зависит от того, как долго длится спиновая когерентность. Инжекция спина из хиральных одиночных квантовых ям в ахиральные полупроводники уже показана, но спиновая поляризация на уровне устройства остаётся ограниченной из-за быстрых потерь спина на границах и в объёме.

Чтобы решить эту проблему, команда применила двухстадийную кристаллизацию с затравкой. Получились хорошо ориентированные квантовые ямы разной ширины с непрерывной собственной хиральностью во всех фазах: двумерной (n=1), квазидвумерной (n=2, 3, 4, …) и трёхмерной (n=∞). Средний фактор диссимметрии кругового дихроизма равен 1,5 × 10⁻².

Ямы связаны пространственно, а их энергия меняется от одной к другой медленно. Так возникают последовательные промежуточные спин-поляризованные состояния; авторы называют это спиновым каскадом. По словам авторов, это снижает потери спина на границах, связанные с избыточной энергией и рашбовским расщеплением, и подавляет спиновое дефазирование в объёмных фазах nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Результаты на уровне устройств

Долгоживущая спиновая когерентность дала циркулярно поляризованную люминесценцию с фактором диссимметрии люминесценции |glum| 1,4 × 10⁻². Спин-зависимый транспорт заряда показал степень поляризации выше 80%.

Эти свойства авторы использовали в двух демонстрациях. Первая — диссимметричная фотополимеризация, запускаемая рентгеновским излучением. Вторая — фотодетекторы циркулярно поляризованного света, которые авторы называют высокопроизводительными.

Все результаты получены на лабораторных образцах и тестовых устройствах. По заявлению авторов, подход открывает путь к долгоживущей спиновой когерентности в галогенидных перовскитах для хироптических и спинтронных приборов nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.