Uusia materiaaliominaisuuksia elektroniikalle

Lyijy-halogeeni oktahedra säätelee puolijohdeominaisuutta itsenäisesti orgaanisesta molekyylistä riippumatta, mikä voidaan suunnitella aikaansaamaan aikaisemmin tuntemattomia ominaisuuksia, kuten tässä saavutettu samanaikainen ferrosähköisyys ja kiraalisuus.

Tutkijat tavoittelevat yhä monipuolisempaa hallintaa elektroniikan käyttämien puolijohdemateriaalien toimintoihin.

Rensselaer Polytechnic Instituten tutkijat ovat syntetisoineet orgaanis-epäorgaanisen hybridikiteen, joka koostui hiilestä, jodista ja lyijystä. He osoittivat, että sillä oli kaksi materiaaliominaisuutta, jotka olivat aiemmin näkymättömiä yksittäisessä materiaalissa.

Materiaalissa on spontaani sähköinen polarisaatio, joka voidaan kääntää sähkökentällä eli ferrosähköisyys. Samalla se osoitti epäsymmetrisyyttä eli kiraalisuutta.

Professorin Jian Shin mukaan tämä ainutlaatuinen ferrosähköisyyden ja kiraalisuuden yhdistelmä on edullinen. Yhdistettynä materiaalin johtavuuteen molemmat näistä ominaisuuksista voivat mahdollistaa muita sähköisiä, magneettisia tai optisia ominaisuuksia.

"Se mitä olemme tehneet täällä, on varustaa ferrosähköinen materiaali ylimääräisillä toiminnallisuuksilla, mikä mahdollistaa sen manipuloinnin aiemmin mahdottomilla tavoilla", Shi sanoi.

Tällaista kiraalia ferrosähköistä materiaalia voidaan manipuloida vastaamaan eri tavalla vasen- ja oikeakätiseen valoon siten, että se tuottaa erityisiä sähköisiä ja magneettisia ominaisuuksia. Tämäntyyppinen valo-aine vuorovaikutus on erityisen lupaava tulevaisuuden viestinnän ja laskennan tekniikoille.

Brittiläisen Kolumbian yliopiston (UBC) tutkijat ovat puolestaan osoittaneet aivan uuden tavan säätää elektroniikan herkkiä sähkövirtoja tarkasti hyödyntämällä elektronin spiniä ja sen kiertoratakiertymisen vuorovaikutusta ytimen ympärillä.

"Olemme löytäneet uuden tavan kytkeä materiaalien sähkönjohtavuus päälle ja pois", toteaa tutkijatohtori Berend Zwartsenberg.

"Tämä jännittävä tulos ei vain laajenna ymmärrystämme siitä, kuinka sähkönjohtavuus toimii, vaan se auttaa meitä tutkimaan tunnettuja ominaisuuksia, kuten johtavuutta, magneettisuutta ja suprajohtavuutta ja löytämään uusia, jotka voivat olla tärkeitä kvanttilaskennassa, datan tallennuksessa ja energiasovelluksissa.”

Tutkimus liittyy tavanomaisia eristeitä monimutkaisempiin Mott-eristeisiin. Se kuitenkin tarjoaa ensimmäisen demonstraation spin-kiertoradalla ohjatusta metalli-eriste siirtymästä "Tämä on todella jännittävä tulos fysiikan tasolla ja laajentaa nykyaikaisen elektroniikan potentiaalia", kommentoi Andrea Damascelli, SBQMI-tutkimusyksikön johtaja.

"Jos pystymme kehittämään mikroskooppista ymmärrystä näistä kvanttiaineen vaiheista ja niiden esiintuomista elektronisista ilmiöistä, voimme käyttää niitä hyväksi suunnitellessamme atomipohjaisia kvanttimateriaaleja uusiin elektronisiin, magneettisiin ja anturoinnin sovelluksiin."

Aiheista aiemmin:

Ferrosähköisyys yhdistää transistorit ja muistit

Eksoottisia kvanttivaikutuksia

Kvanttimateriaaleja puolijohteiden tilalle