Forskere løser en materialemysternøgle til næste generations elektroniske enheder

Lennon og McCartney. Abbott og Costello. Jordnøddesmør og gelé.

Tænk på halvdelen af ​​enhver berømt duo, og den anden halvdel kommer sandsynligvis til at tænke på. Ikke alene supplerer de hinanden, men sammen fungerer de bedre.

Det samme er tilfældet på det voksende område af oxidelektronikmaterialer. Med en bred vifte af adfærd, herunder elektronisk, magnetisk og superledende, disse multifunktionelle materialer er klar til at udvide den måde, vi tænker på funktionerne på traditionelle siliciumbaserede elektroniske enheder, såsom mobiltelefoner eller computere.

Men indtil nu, et kritisk aspekt har manglet - et, der supplerer elektronernes funktion i oxidelektronik. Og et team ledet af University of Wisconsin-Madison materialeforsker Chang-Beom Eom har direkte observeret, at manglende anden halvdel af duoen er nødvendig for at flytte oxidelektronikmaterialer fremad.

Det kaldes en todimensionel hulgas-en pendant til noget kendt som en todimensionel elektrongas. I mere end et årti har forskere har erkendt et hulgasudseende var muligt, men har ikke været i stand til at oprette det eksperimentelt.

Skriver i dag (5. februar, 2018) i journalen Naturmaterialer , Eom og hans samarbejdspartnere fremlagde bevis for en hulgas, der sameksisterer med elektrongassen. De designede et ultratyndt materiale, kendt som en tyndfilmstruktur, specielt til denne forskning.

"2D-hulgassen var først og fremmest mulig, fordi der ikke kunne dyrkes krystaller, der var perfekte nok, "siger Eom, Theodore H. Geballe Professor og Harvey D. Spangler Fremstående professor i materialevidenskab og teknik. "Inde, der var fejl, der dræbte hulgassen. "

Eom er en verdensekspert i materiel vækst, ved hjælp af teknikker, der giver ham mulighed for omhyggeligt at bygge, eller "vokse, "hvert lag af et materiale med atompræcision. Den ekspertise, kombineret med indsigt i samspillet mellem lag i deres struktur, var nøglen til at identificere den undvigende 2D -hulgas.

"Vi var i stand til at designe den korrekte struktur og lave næsten perfekte krystaller, alt uden defekter, der nedbryder hullets gas, " han siger.

Også vigtig for at identificere hulgassen var den næsten-symmetriske måde, hvorpå Eom samlede de forskellige lag-noget som en køllesandwich. Mens andre forskere har lavet materialet i en to-lags struktur, Eom designet et tredobbelt lag. Han vekslede lag af strontiumoxid og titandioxid på bunden, derefter lag af lanthanoxid og aluminiumoxid, derefter tilsat yderligere lag strontiumoxid og titandioxid på toppen.

Som resultat, hulgassen dannes ved grænsefladen mellem lagene på toppen, mens elektrongassen dannes ved grænsefladen mellem lagene på bunden - den første demonstration af et meget kraftfuldt komplementært par.

Ligesom folk for 50 år siden sandsynligvis ikke kunne have forestillet sig at kommunikere via trådløse enheder, forskuddet opstiller en platform, der kan muliggøre nye koncepter-applikationer, der i dag forbliver ud over vores vildeste drømme.

"Vi forbedrer ikke kun enhedernes ydeevne, "siger Eom." Så, ikke forbedrer en mobiltelefon, for eksempel - men forestiller mig en helt ny enhed, der er muliggjort af dette fremskridt. Dette er begyndelsen på en spændende ny vej. "