09 november 2020

I nästa steg av utvecklingen inom materialfamiljen perovskiter har forskare vid Linköpings universitet, tillsammans med kollegor runtom i världen, utvecklat en optoelektrisk och magnetisk dubbel perovskit. I framtiden hägrar snabb och energisnål informationsteknik.

Två manliga forskare går och samtalar i en korridor.
Weihua Ning och Feng Gao på institutionen för fysik, kemi och biologi. Thor Balkhed

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

Forskning på högsta nivå

Material

Avancerade funktionella material

Tack vare regeringens satsning på strategiska forskningsområden har forskare vid Linköpings universitet grundat ett Internationellt interdisciplinärt laboratorium för avancerade funktionella material , AFM. Forskningen bedrivs på högsta nivå.

Nyheter från AMF

Två forskare i lab.

Ett atomlager guld – LiU-forskare skapar guldén

För första gången har forskare lyckats skapa ark av guld som endast är ett atomlager tjockt. Enligt forskarna från LiU får guldet nya egenskaper som kan göra det lämpligt för bland annat framställning av värdefulla kemikalier.

Lysande glasskiva med krokodilklämma.

Genombrott för nästa generations digitala skärmar

Forskare vid LiU har utvecklat en digital skärm där själva lysdioderna reagerar på beröring, ljus, fingeravtryck och användarens puls bland annat. Resultaten kan vara starten för en helt ny generation digitala skärmar.

Person (Jie Zhou) pekar på en datorskärm.

Ny värld av 2D-material öppnas

Material som är extremt tunna får ovanliga egenskaper som gör dem lämpliga för bland annat energilagring, katalys och vattenrening. Nu har forskare vid LiU utvecklat en metod där hundratals nya 2D-material kan skapas.

Organisation

Senaste nytt från LiU

Flaggor vajar utanför Studenthuset.

LiU:s nya universitetsdirektör – en erfaren och driven chef

Anna Thörn blir ny universitetsdirektör vid LiU. Hon jobbar för närvarande som regiondirektör i Region Dalarna och har tidigare haft flera chefsbefattningar i Östergötland, bland annat som kommundirektör i både Norrköping och Söderköping.

Studentsångare tågar på Valborg

Valborgstradition fyller 50 år

På valborgsmässoafton blir det som traditionen bjuder, vårsånger, vårtal och mösspåtagning med manskören Linköpings Studentsångare på Borggården utanför Linköpings slott. I år firar traditionen 50-årsjubileum.

En man som håller händerna runt en illustration av ett hjärta.

Pristagaren: ” Jag vill lära mig så mycket som möjligt om hur kroppen fungerar”

Tino Ebbers är 2024 års mottagare av Onkel Adams pris för framstående forskning vid Medicinska fakulteten. Hans forskning befinner sig i gränslandet mellan medicin och teknik och fokuserar på sjukdomar i hjärtat och blodkärlen.