Perovskiter är en materialfamilj med många intressanta egenskaper, billiga att tillverka, bra ljusemitterande egenskaper och stora möjligheter att skräddarsy för olika applikationer. Hittills har forskarna koncentrerat sig på att utveckla varianter för solceller, lysdioder och snabb optisk kommunikation. Perovskiter kan bestå av många olika organiska och oorganiska ämnen, men definieras av sin speciella och kubiska kristallstruktur. Nyligen har det visat sig att en typ av perovskiter, som innehåller halogener och bly, även har intressanta magnetiska egenskaper, vilket innebär att de skulle kunna användas även för spinntronik.
Järn istället för bly
Spinntronik, där man inte bara lagrar information i partikelns laddning, plus eller minus, utan även i åt vilket håll partikeln snurrar, spinnet, anses ha stor potential för användning i nästa generations informationsteknik. Genom att koppla samman spinntronik med optoelektronik skulle information kunna förmedlas i högre hastighet och med låg energiförbrukning.
Foto Thor BalkhedDet har dock visat sig att de magnetiska egenskaperna i de halida perovskiterna hittills har kopplas helt till bly, vilket begränsar utvecklingen av materialen, av både hälso- och miljöskäl.
Forskarna vid Linköpings universitet har nu, tillsamman med en stor grupp kollegor i Sverige, Tjeckien, Japan, Australien, Kina och USA, under ledning av LiU-professor Feng Gao, lyckats skapa en ofarligt perovskit-legering och producera en magnetiskt dubbel perovskit.
I en artikel i Science Advances visar de att magnetiska järnjoner, Fe3+, bäddas in i en känd optoelektroniskt intressant dubbel perovskit som består av cesium, silver, vismut och brom, Cs2AgBiBr6.
Mer forskning krävs
Vid experiment har forskarna visat att det nya materialet verkar få magnetiska egenskaper vid temperaturer lägre än 30 K (-243,15 °C).
Det här är de första försök som har gjorts, resultaten är preliminära för vi är inte helt säkra på varifrån den uppmätta magnetismen kommer. Men våra resultat antyder att det kan handla om svag ferromagnetism. Det skulle i så fall betyda att vi har en hel klass av nya material för framtidens informationsteknik. Men det behövs mer forskning, inte minst för att få fram de magnetiska egenskaperna vid högre temperaturer, säger Feng Gao.
– Perovskit är spännande material, här ser vi även en stor potential för användning i framtida produkter där det krävs billig och snabb överföring av information, säger han.
Forskningen har finansierats från många håll, bland dem Knut och Alice Wallenbergs stiftelse och via den svenska strategiska satsningen på nya funktionella material, AFM, som bedrivs vid Linköpings universitet.
Artikeln: Magnetizing Lead-Free Halide Double Perovskites, Weihua Ning, Jinke Bao, Yuttapoom Puttisong, Fabrizo Moro, Libor Kobera, Seiya Shimono, Linqin Wang, Fuxiang Ji, Maria Cuartero, Shogo Kawaguchi, Sabina Abbrent, Hiroki Ishibashi, Roland De Marco, Irina A. Bouianova, Gaston A. Crespo, Yoshiki Kubota, Jiri Brus, Duck Young Chung, Licheng Sun, Weimin M. Chen, Mercouri Kanatzidis, Feng Gao. Science Advances 2020.
DOI 10.1126/sciadv.abb5381
Fotnot: halogener är ett samlingsnamn för vanliga och reaktiva ämnen som fluor, klor, brom och jod.
Foto Thor Balkhed