Fysikere skaber ny klasse af 2-D kunstige materialer

I 1965, en berømt fysiker ved Princeton University teoretiserede, at ferroelektriske metaller kunne lede elektricitet, selvom de ikke eksisterede i naturen.

I årtier, videnskabsmænd troede, at det ville være umuligt at bevise teorien af ​​Philip W. Anderson, der delte Nobelprisen i fysik i 1977. Det var som at prøve at blande ild og vand, men et Rutgers-ledet internationalt team af forskere har verificeret teorien, og deres fund er offentliggjort online i Naturkommunikation .

"Det er spændende, "sagde Jak Chakhalian, en teamleder for undersøgelsen og professor Claud Lovelace begavet stol i eksperimentel fysik ved Rutgers University-New Brunswick. "Vi skabte en ny klasse af todimensionale kunstige materialer med ferroelektriske egenskaber ved stuetemperatur, som ikke findes i naturen, men som alligevel kan lede elektricitet. Det er en vigtig forbindelse mellem en teori og et eksperiment."

En hjørnesten i teknologien, ferroelektriske materialer bruges i elektronik såsom mobiltelefon og andre antenner, computer opbevaring, medicinsk udstyr, motorer med høj præcision, ultrafølsomme sensorer og sonarudstyr. Intet af deres materialer leder elektricitet, og de Rutgers-ledede fund kan potentielt afføde en ny generation af enheder og applikationer, Sagde Chakhalian.

"Ferroelektrisk er en meget vigtig klasse af materialer teknologisk, sagde han. "De bevæger sig, krympe og udvide, når der tilføres elektricitet, og det giver dig mulighed for at flytte ting med udsøgt præcision. I øvrigt, hver moderne mobiltelefon har snesevis af komponenter med egenskaber, der ligner ferroelektrisk materiale. "

Som mange fysikere, Chakhalian nyder en udfordring, og han kunne ikke finde en fysiklov, der siger, at ferroelektriske metaller ikke kunne oprettes. Så hans hold, herunder undersøgelseslederforfatter Yanwei Cao, en tidligere doktorand, der nu er professor ved det kinesiske videnskabsakademi, bankede på Chakhalians state-of-the-art værktøjer til at lave ark af materialer, der kun var få atomer tykke. Det er som at lave sandwich, Sagde Chakhalian.

"Når et materiale bliver ferroelektrisk, dets atomer skifter permanent, og vi ønskede at tilføje metalliske egenskaber til en kunstig krystal, der leder elektricitet, "sagde han." Så vi tog to meget tynde lag for at skabe et todimensionalt metal ved grænsefladen og tilføjede et tredje lag med særlige egenskaber til at flytte atomerne i det metalliske lag, at skabe et ferroelektrisk metal. Den nye struktur har flere indbyggede funktioner, og dette er en stor win-win. "