Skematisk fremstilling af Ti 4 O 7 (a) og y-Ti 3 O 5 (b). Kredit:Videnskabelige rapporter
Mange af os kender titandioxid (TiO 2 ), en hvidmaskine, der almindeligvis bruges i solcreme og maling, såsom de hvide linjer, der ses på tennisbaner. Mindre kendt er andre højere titaniumoxider-dem med et større antal titanium- og iltatomer end TiO-der nu er genstand for intensiveret forskning på grund af deres potentielle anvendelse i næste generations elektroniske enheder.
Nu, forskere ved Tokyo Tech har rapporteret superledning i to slags højere titaniumoxider fremstillet i form af ultratynde film. Med en tykkelse på omkring 120 nanometer, disse materialer afslører egenskaber, der kun lige er begyndt at blive undersøgt.
"Det lykkedes os at dyrke tynde film af Ti 4 O 7 og γ-Ti3O5 for første gang, "siger Kohei Yoshimatsu, hovedforfatter til papiret udgivet i Videnskabelige rapporter .
Indtil nu, de to materialer var kun blevet undersøgt i bulkform, hvor de opfører sig som isolatorer - det modsatte af ledere. Dannelsen af elektrisk ledende tynde film ses derfor som et stort fremskridt for grundlæggende fysik.
Forskerne fandt ud af, at den superledende overgangstemperatur nåede 3,0 K for Ti 4 O 7 og 7,1 K for γ-Ti3O5. At opnå 7,1 K selv i simple metaloxider er "et fantastisk resultat", siger Yoshimatsu, som "det repræsenterer en af de højest kendte blandt disse oxider."
De tynde film er epitaksiale, hvilket betyder, at de har en veljusteret krystallinsk struktur (se figur 1). "De er ekstremt svære at vokse, "siger Yoshimatsu." I vores undersøgelse, i stedet for at bruge konventionelt TiO2 som udgangsmateriale, vi valgte at begynde med det lidt mere reducerede Ti 2 O 3 ." Derefter, under præcist kontrollerede atmosfæriske forhold, den Ti 4 O 7 og y-Ti3O5 film blev dyrket lag for lag på safirsubstrater i en proces kaldet pulserende laseraflejring.
For at verificere filmens krystallinske strukturer, teamet samarbejdede med forskere ved National Institute for Materials Science (NIMS), der brugte karakteriseringsteknikker såsom røntgendiffraktion (XRD) ved hjælp af synkrotronstråling ved SPring-8, en af verdens største faciliteter af sin art beliggende i Hyogo Prefecture, det vestlige Japan.
Endnu, ingen ved præcis, hvordan superledelse opstår i disse titaniumoxider. Det uregelmæssige (eller det, der er kendt som ikke-støkiometrisk) arrangement af oxygenatomer menes at spille en vigtig faktor. Dette arrangement introducerer ilt -ledige stillinger1, som ikke er stabile i bulkform. Ved at skabe lige nok ledende elektroner, ilt -ledige stillinger kan hjælpe med at fremkalde superledning.
Yoshimatsu siger, at der vil være behov for mere arbejde med at undersøge de underliggende mekanismer. Da titaniumoxider er billige og relativt simple forbindelser, der kun består af to slags elementer, han tilføjer, at de er attraktive for yderligere forskning.
Ud over, han siger, at undersøgelsen kan fremme udviklingen af Josephson -kryds 2, der fremover kan bruges til at bygge nye former for elektroniske kredsløb og, ultimativt, hurtigere computere.