Selvmontering, afstembare grænseflader fundet i kvantematerialer

En potentiel revolution inden for teknik kan være i gang, takket være opdagelsen af ​​funktionelle elektroniske grænseflader i kvantematerialer, der kan samles spontant.

"Dette illustrerer, at hvis vi kan lære at kontrollere og udnytte de bemærkelsesværdige egenskaber ved grænseflader af kvantematerialer, dette vil sandsynligvis resultere i en ny generation af enheder ud over vores nuværende fantasi, "sagde Marc Janoschek, en fysiker ved Los Alamos National Laboratory, der, med David Fobes, også fra Los Alamos, ledet det internationale forskerhold, der gjorde opdagelsen. Deres resultater blev offentliggjort i dag i Naturfysik . "Imidlertid, fordi kvantematerialer er kemisk meget mere komplekse i forhold til 'konventionelle' materialer såsom halvledere, det er fortsat en udfordring at fremstille rene kvantematerialegrænseflader. "

Materialer med egenskaber, der er karakteriseret ved kvantemekanikkens love frem for klassisk mekanik, har ofte egenskaber som f.eks. Superledning. Men omfattende forskning har vist, at ved grænseflader mellem to materialer, kvantematerialers bemærkelsesværdige egenskaber kan stærkt forbedres, eller der kan opstå helt nye funktionelle egenskaber.

Et eksempel på betydningen af ​​materielle grænseflader ville være transistorer, hvis funktion er baseret på fysiske effekter, der forekommer ved halvledergrænseflader kunstigt konstrueret via teknikker såsom litografi. Transistorer danner grundlaget for den nuværende generation af elektroniske enheder.

Kompleksiteten af ​​kvantematerialer er ofte præget af konkurrencen mellem forskellige interaktioner på kvanteplan.

"Her viste vi, at denne kompleksitet samtidig også giver en løsning, sagde Fobes, der udførte sin postdoktorale forskning under tilsyn af Janoschek. Fobes og Janoschek ledede det internationale team af forskere, der kombinerede omfattende neutronspektroskopimålinger fra Oak Ridge National Laboratory (ORNL) Spallation Neutron Source (SNS), National Institute of Standards and Technology's (NIST) Center for Neutron Research (NCNR), Det Forenede Kongeriges Neutron og Muon Source (ISIS), og ved München Research Reactor II (FRM II) i Heinz-Mayer-Leibnitz Zentrum i Tyskland med detaljeret teoretisk modellering.

"Neutronspektroskopimålinger var afgørende for at demonstrere, at i visse metaller, konkurrencen mellem forskellige interaktioner kan løses ved spontan dannelse af en tilstand, hvor de elektroniske og magnetiske egenskaber skifter periodisk, "sagde Georg Ehlers, ORNL -forskeren, der udførte spektroskopimålinger ved SNS.

Dette periodiske arrangement fører til grænseflader mellem vekslende materialelag, der ligner grænseflader i konstruerede heterostrukturer. Imidlertid, de spontant selvsamlende grænseflader, der er identificeret i denne undersøgelse, har store fordele; de er iboende rene, og relevante parametre som grænsefladetykkelsen kan indstilles in situ via eksterne parametre som f.eks. magnetfelt eller temperatur.

De grundlæggende ingredienser identificeret af Fobes og teamet er fælles for flere klasser af kvantematerialer og tyder på, at disse iboende og afstembare grænseflader kan være hyppigere. At lære at kontrollere selvsamlingen af ​​sådanne iboende kvantegrænseflader, på tur, har potentiale til at revolutionere enhedsdesign, hvor enheder ikke fremstilles, men spontant dannes via kvanteteknik af de underliggende atomskala-interaktioner. Ud over, disse enheder kunne indstilles og omkonfigureres ved hjælp af eksterne parametre, muligvis muliggør design af meget adaptiv elektronik.