Metallista perovskiittiä

Minnesotan yliopiston tutkijat ovat kuvanneet metallisten linjavikojen rakennetta ja koostumusta perovskiittikiteessä BaSnO3. Vasemmalla BaSnO3-kiteen ja oikealla metallisten linjavikojen atomijärjestelyt.

Uraauurtavissa materiaalitutkimuksissa Minnesotan yliopiston K.Andre Mkhoyanin johtama ryhmä on tehnyt löydön, joka yhdistää kosketusnäyttöjen ja älyikkunoiden kaksi halutuinta ominaisuutta - läpinäkyvyyden ja johtavuuden.

Tutkijat ovat ensimmäiset, jotka havainnoivat metallisia linjoja perovskiittikiteessä. Bariumstanaatti (BaSnO3) on yksi tällainen kide mutta sitä ei ole aiemmin tutkittu metallimaisten ominaisuuksiensa vuoksi.

Löytö tehtiin käyttämällä edistynyttä TEM-mikroskopiaa, joka voi muodostaa kuvia jopa 10 miljoonan kertaisella suurennuksella.

"Näiden metallilinjan vikojen johtava luonne ja mieluisin suunta tarkoittavat, että voimme tehdä materiaalia, joka on läpinäkyvää kuin lasi ja samalla hyvin suuntaisesti johtava kuin metalli", kertoo TEM-asiantuntija Mkhoyan Minnesotan kemian tekniikan ja materiaalitieteen laitokselta. ”Tämä antaa meille parhaan mahdollisuuden kahdesta maailmasta. Voimme tehdä ikkunoista tai uudentyyppisistä kosketusnäytöistä läpinäkyviä ja samalla johtavia. Tämä on erittäin jännittävää."

Viat tai epätäydellisyydet ovat yleisiä kiteillä - ja linjavirheet (yleisimpiä niistä ovat dislokaatio) ovat rivi atomeja, jotka poikkeavat normaalista järjestyksestä. Koska dislokaatioilla on sama elementtikoostumus kuin isäntäkiteillä, muutokset elektronisessa kaistarakenteessa dislokaation ytimessä, johtuen symmetrian heikkenemisestä ja rasituksesta ovat usein vain hieman erilaiset kuin isännän.

Tutkituissa BaSnO3-kalvoissa havaitut metalliset linjavirheet etenevät kalvon kasvatussuunnassa, mikä tarkoittaa, että tutkijat voivat mahdollisesti hallita, miten tai missä linjat esiintyvät ja mahdollisesti suunnitella niitä tarvittaessa kosketusnäytöissä, älykkäissä ikkunoissa ja muissa tulevaisuuden tekniikoissa käytettäviksi.

Perovskiittikiteet (ABX3) sisältävät yksikkökopissaan kolme elementtiä. Tämä antaa sille vapauden rakenteellisille muutoksille, kuten koostumukselle ja kidesymmetrialle ja kyvyn isännöidä erilaisia vikoja. Linjavian ytimessä olevien atomien erilaisten koordinaatio- ja sitoutumiskulmat tuovat esiin uusia elektronisia tiloja joten elektronista kaistarakennetta voidaan modifioida paikallisesti niin dramaattisesti, että se muuttaa linjavirheen metalliksi.

Aiheesta aiemmin:

Pullisteleva perovskiitti