Splittende krystaller for 2-D metallisk ledningsevne

Ark af elektroner, der er meget mobile i kun to dimensioner, kendt som 2-D elektrongas, har unikke egenskaber, der kan udnyttes til hurtigere og nye elektroniske enheder. Forskere har udforsket 2-D elektrongas, som først blev opdaget i 2004, for at se, hvordan det kan bruges i superledere, aktuatorer og elektroniske hukommelsesenheder, blandt andre.

Forskere ved Japans Tohoku -universitet, med et internationalt team af kolleger, for nylig identificeret atomstrukturen af ​​en gruppe perovskit-relaterede materialer, der viser interessante 2-D ledende egenskaber. Materialerne er lavet af strontium, niobium og oxygenatomer, med en lagdelt struktur afledt af perovskit. Disse strontiumniobatforbindelser viser lovende for udvikling af avanceret elektronik på grund af deres quasi-endimensionelle metalliske ledningsevne.

Yuichi Ikuhara fra Tohoku Universitys Advanced Institute for Materials Research sammen med Johannes Georg Bednorz fra Zürich Research Laboratory og kolleger brugte atomopløst scanningstransmissionselektronmikroskopi kombineret med teoretiske beregninger for at lære, hvordan tilsætning af oxygenatomer til strontiumniobater påvirker deres ledningsevne. Fire forskellige materialer dannes afhængigt af koncentrationen af ​​oxygenatomer.

Forskerne fandt ud af, at tre af materialerne var ledere af elektricitet, mens det fjerde var en isolator. I atomskala, de opdagede, at materialerne var dannet af skiftevis kædelignende og zigzagplader. Afhængig af koncentrationen af ​​iltatomer, de kædelignende plader var to, tre, eller fire lag tykt, nogle gange varierende inden for det samme materiale. Zickzag-pladerne var isolerende lag i alle materialer, mens de kædelignende plader var ledende lag i tre af de fire materialer.

Holdet fastslog, at lokal elektrisk ledningsevne i materialet direkte afhang af formerne af niobat-oktaedrene i lagene. Når positive ioner af niob blev forskudt mod centrene i niobatoktaedrerne, en lokal ledende natur blev fremkaldt.

2-D ledende lag dannes almindeligvis ved at skabe en grænseflade mellem to isolatorer. Det skulle nu være muligt at opnå samme mål ved at segmentere 3-D ledende materialer i stakke af 2-D ledende lag adskilt af isolerende lag, siger forskerne i deres undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano . Dette kan føre til anvendelser i udviklingen af ​​2-D elektrisk ledende materialer og enheder.