Opdagelse af faseovergang åbner døren til ny elektronik

En gruppe europæiske forskere ledet af forskere ved TU Delft har opdaget, hvordan faseovergange formerer sig i materialer kaldet nikkelater. Opdagelsen forbedrer vores forståelse af disse nye materialer, som potentielt kan bruges i fremtidens elektronik.

Ved kogning af vand, du har sandsynligvis bemærket, at bobler først begynder at dukke op langs kanterne. Faseovergange stammer altid fra de mest gunstige betingelser, på punkter kaldet nukleationscentre. I tilfælde af vandet, nukleationscentrene er kanterne på gryden. Hvordan nukleationscentre fremstår på nanoskalaen, imidlertid, har været ukendt indtil nu.

Giordano Mattoni, ph.d. -kandidat ved TU Delft, ledet et samarbejde mellem forskere fra fem forskellige europæiske institutioner, der havde til formål at opnå en grundlæggende forståelse for, hvordan faseovergange formerer sig i en ny klasse af solid state -materialer kaldet nikkelater. I den specifikke type nikkel, som Mattoni og hans kolleger undersøgte, faseovergangen er dobbelt. Når materialets temperatur ændres, både materialernes elektroniske og magnetiske egenskaber ændrer sig med det.

Det faktum, at faseovergangen er dobbelt i dette materiale, var allerede velkendt. Men indtil nu, det var uklart, hvordan overgangen skete, og hvilke faktorer der påvirkede processen på nanoskalaen. Ved at bruge præcist afstemt røntgenlys som forstørrelsesværktøj til deres mikroskopi, Mattoni og hans kolleger var i stand til at se solid-state-overgangen fra den metalliske til den isolerende tilstand forekomme i realtid. De fandt ud af, at når materialet er afkølet, isolerende nano-domæner begynder gradvist at dukke op, indtil materialet er dækket med bittesmå, isolerende striber. "Uden en sådan højopløselig mikroskopi, det ville have været umuligt at se disse domæner, "Siger Mattoni.

Til deres forskning, Mattoni og kolleger lagde den tynde nikkelfilm på et substrat. Den måde, materialet overgik fra metal til isolator, det viser sig, var bundet til formen af ​​substratoverfladen, som i dette tilfælde lignede en risterrasse. Hvis overfladen havde firkantede huller, for eksempel, domænerne ville have været i form af firkanter. "Og da vi kan forme substratoverfladen, vi kan påvirke formen af ​​de isolerende domæner, «siger Mattoni.

Yderligere forskning af Mattoni vil indebære brug af en laser til at tvinge materialet til at skifte fase næsten øjeblikkeligt. Ideen er at have nanostrukturer, hvor både magnetisme og ledningsevne kan tændes og slukkes næsten øjeblikkeligt. Potentiel fremtidig elektronik kan, for eksempel, bruge nikkelstrukturer som lysstyrede ultrahurtige transistorer. I det lange løb, denne opdagelse kan endda føre til elektronik, der efterligner neurale netværk i den menneskelige hjerne.