Sähkön ohjailua atominohuissa metalleissa

Merkittävänä askeleena kohti seuraavan sukupolven elektroniikkaa Minnesota Twin City yliopiston tutkijat ovat löytäneet tavan manipuloida varausvirtauksen suuntaa erittäin ohuissa metallikalvoissa huoneenlämmössä valon avulla. Tämä löytö avaa oven energiatehokkaammille optisille antureille, ilmaisimille ja kvantti-informaatiolaitteille.

Tutkimusryhmä osoitti, että titaanidioksidille (TiO2) kasvatetut erittäin ohuet ruteniumdioksidikerrokset (RuO2) voidaan saada käyttäytymään eri tavoin suunnasta riippuen – sekä siinä, miten ne reagoivat valoon että miten sähkö kulkee niiden läpi.

”Ratkaisimme tämän ongelman suunnittelemalla huolellisesti ultraohuita metallikerroksia, jotka vuorovaikuttavat valon kanssa uusilla tavoilla – jotain, mitä ei nähdä tämän materiaalin paksummassa versiossa”, sanoo Bharat Jalan, tutkimuksen vanhempi kirjoittaja. ”Tämä työ osoittaa, että voimme nyt räätälöidä ultranopeaa johtavuutta metalleissa käyttämällä samanlaista epitaksiaalisen venymän tarkkaa hallintaa, menetelmää, joka aiemmin oli varattu puolijohteille tai eristeille.”

Tutkimus osoittaa, että muuttamalla atomien venymistä eri suuntiin tiedemiehet voivat hallita materiaalin reagointia valoon. Tämä ilmiö toimii huoneenlämmössä ja sitä voidaan käyttää reaalimaailman teknologiassa.

”Tämä on ensimmäinen kerta, kun kukaan on osoittanut viritettävän, suunnatun ultranopean varauksenkuljettajien relaksaation metallissa huoneenlämmössä”, sanoo Seunggyo Jeong. ”Se haastaa pitkään vallinneet oletukset tiiviin aineen fysiikassa ja avaa perustavanlaatuisesti uuden reitin varauksen ja valon manipuloimiseksi metallisissa järjestelmissä.”

Tämä löytö on erityisen merkittävä optoelektronisille ja muistilaitteille, jotka ovat riippuvaisia siitä, kuinka nopeasti ja tehokkaasti kantajat reagoivat valoon.

”Tulokset tarjoavat syvällisen käsityksen siitä, miten hienovaraiset rakenteelliset vääristymät – kuten venymän relaksaatio – voivat muokata metallien elektronista maisemaa”, lisäsi Tony Low. ”Tämä voi olla ratkaisevan tärkeää tulevaisuuden ultranopeille ja polarisaatioherkille optoelektronisille teknologioille.”

Perinteisistä metalleista ajateltiin puuttuvan tällaiseen tarkkuuteen tarvittava suunnansäätö niiden monimutkaisen ja monikaistaisen luonteen vuoksi. Tutkimusryhmä kuitenkin havaitsi, että hyödyntämällä elektronisen rakenteen ominaisuutta, vyöhykkeiden sisäkkäisyyttä, ultranopeaan vasteeseen voidaan saada fysikaalinen ominaisuus, jolla on eri arvo eri suunnissa mitattuna.

Aiheesta aiemmin:

Voiko sähkö virrata ilman elektroneja?

Uusi ultraohut johdin nanoelektroniikkaan

Magnetismia ei-magneettiseen materiaaliin