کریستال های آینه ای جهت جریان های نور محور را معکوس می کنند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

مطالعه‌ای از Science Tokyo نشان می‌دهد که اثر فوتوگالوانیکی دایره‌ای (CPGE)، پدیده‌ای که جریان‌های نوری وابسته به مارپیچ را در مواد غیرمتقارن ایجاد می‌کند، می‌تواند صرفا از ساختار داخلی کریستال و بدون مشارکت از سطح سرچشمه بگیرد.

محققان این اثر را در پروسکایت‌های هیبریدی آلی-غیر آلی دو بعدی با استفاده از نور قطبی شده دایره‌ای در بروز معمولی نشان دادند که به تشخیص پاسخ توده‌ای از مشارکت‌های سطحی کمک کرد. این یافته یک استراتژی برای تنظیم جریان های نوری قطبی اسپین و پیشرفت فناوری های نوری اسپینترونیک ایجاد می کند.

اکثر دستگاه‌های الکترونیکی که امروزه استفاده می‌کنیم برای ذخیره، پردازش و انتقال اطلاعات به بار الکترون متکی هستند. با این حال، دانشمندان در حال بررسی خاصیت الکترون دیگری به نام اسپین هستند تا راه‌های جدیدی برای کنترل سیگنال‌های الکترونیکی ایجاد کنند. این فناوری‌ها که به عنوان اسپینترونیک شناخته می‌شوند، می‌توانند دستگاه‌های الکترونیکی را کوچک‌تر و کارآمدتر کنند.

اثر فتوگالوانیکی دایره‌ای (CPGE) پتانسیل پیشرفت اسپینترونیک را دارد و وسیله‌ای کاملا نوری برای تولید جریان‌های نوری قطبی اسپین در مواد غیر مغناطیسی فراهم می‌کند.

هنگامی که نور قطبی دایره‌ای بر روی مواد خاصی می‌تابد، جریان نوری ایجاد می‌کند که جهت آن به دستی (مانند چپ یا راست‌دستی) نور بستگی دارد. این اثر به‌ویژه برای تولید و مطالعه جریان‌های نوری وابسته به اسپین در موادی با برهم‌کنش‌های اسپین-مدار قوی، جایی که حرکت الکترون ارتباط نزدیکی با اسپین دارد، مفید است.

در برخی مواد، نور پلاریزه دایره ای می تواند جریان نوری ایجاد کند که جهت آن بسته به راست یا چپ بودن نور تغییر می کند.

با این حال، هنگام طراحی چنین موادی، یک سوال مهم باقی می‌ماند: آیا جریان نوری از قطبیت بخش عمده مواد نشات می‌گیرد یا از سطح آن؟

برای پاسخ به این سوال، محققان موسسه علوم توکیو (Science Tokyo) در ژاپن نشان دادند که CPGE از بخش عمده ای از کریستال های پروسکایت هیبریدی آلی-غیر آلی دو بعدی (2D-OIHP) منشاء گرفته است.

این تیم توسط پروفسور کوجی تانیگوچی رهبری می شد و شامل دانشجوی فارغ التحصیل ایچی ناروسه و استادیار پو جونگ هوانگ از گروه شیمی در ساینس توکیو بود.

CPGE ارتباط نزدیکی با حالت‌های الکترونیکی قطبش اسپین دارد و به عنوان مسیری برای تولید جریان‌های نوری قطبی اسپینی توسط نور توجه را به خود جلب کرده است. با این حال، در اندازه‌گیری‌های معمولی CPGE، سیگنال‌هایی که از سطوح و رابط‌های کریستالی نشات می‌گیرند اغلب با مشارکت‌های توده‌ای مخلوط می‌شوند، که تعیین منشاء میکروسکوپی جریان فوتوگوچی مشاهده‌شده را دشوار می‌کند.

محققان این اثر را در کریستال های 2D-OIHP ساخته شده از لایه های متناوب یدید سرب و لایه های کاتیونی 1-(p-tolyl) اتیل آمونیوم نشان دادند. اتم‌های سرب به کریستال برهمکنش اسپین-مدار قوی می‌دهند، در حالی که کاتیون‌های مولکولی دارای دوقطبی‌های الکتریکی دائمی هستند که به کریستال قطبیت ماکروسکوپی خود به خودی می‌دهند.

برای تعیین منشاء CPGE، محققان 2D-OIHP ها را در معرض نور قطبی دایره ای در 90 درجه به سطح کریستال قرار دادند. آنها یک جریان نوری عمود بر قطبش کریستال را تشخیص دادند که با تغییر قطبیت یا دستی نور، جهت آن را معکوس کرد. اندازه‌گیری جریان نوری در امتداد محور x در این تنظیم انجام شد.

محققان سپس الکترودها را 90 درجه چرخانده اند (هم تراز با محور y) و جریان نوری را موازی با جهت قطبش اندازه گیری کردند.

محققان یک جریان نوری وابسته به مارپیچ را در این جهت شناسایی نکردند، همانطور که توسط تقارن کریستال حجیم پیش‌بینی شده بود، که از منشاء توده‌ای ذاتی CPGE پشتیبانی می‌کند. با این حال، در زاویه تابش نور 45 درجه، محققان جریان های وابسته به مارپیچ را در هر دو جهت (محور x و y) شناسایی کردند که نشان می دهد بروز طبیعی (در 90 درجه) برای تشخیص CPGE توده ذاتی مهم است.

حالت های توده ای و سطحی قطبش ها و جهت گیری های اسپین متفاوتی دارند. تحت تابش معمولی نور، تقارن هندسه اندازه‌گیری سهم سطح را سرکوب می‌کند، در حالی که حالت‌های حجیم همچنان می‌توانند یک سیگنال CPGE تولید کنند.

محققان منشاء عمده CPGE را با سنتز کریستال‌های قطبی کایرال حاوی مولکول‌های آلی راست یا چپ (انانتیومر) تأیید کردند. کایرالیته کریستال جهت پلاریزاسیون را تعیین می کند، با دو کریستال انانتیومر که جهت قطبش مخالف را نشان می دهند. علامت جریان نوری CPGE معکوس بین دو کریستال، به وضوح نشان می دهد که قطبیت توده، جهت جریان نور تولید شده را تعیین می کند.

این مطالعه با آشکار کردن منشأ انبوه CPGE و نشان دادن اینکه طراحی مولکولی می‌تواند جهت جریان نوری حاصل را کنترل کند، یک استراتژی بالقوه برای مهار بار نور محور و پاسخ‌های اسپین ارائه می‌کند. این رویکرد همچنین راهی برای تشخیص واکنش‌های نوری توده‌ای و سطحی در مواد هیبریدی لایه‌بندی شده اتمی ارائه می‌دهد و به محققان کمک می‌کند تا ویژگی‌های وابسته به اسپین آنها را بهتر درک و طراحی کنند.

تانیگوچی می‌گوید: «یافته‌های این مطالعه می‌تواند به توسعه آشکارسازهای نوری حساس به مارپیچ، دستگاه‌های اسپین فوتونیک و نسل بعدی مواد نوری اسپینترونیک مبتنی بر پروسکایت‌های هیبریدی دوبعدی کمک کند.

ایچی ناروس و همکاران، اثر فتوگالوانیکی دایره ای توده ای بدون ابهام فعال شده با تحریک تقارن انتخابی در پروسکایت های هیبریدی دو بعدی، حروف نانو (2026). DOI: 10.1021/acs.nanolett.6c02601

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →