Styring af nikkelat nano-switche med lys

Dr. Giordano Mattoni, kvanteforsker ved TU Delft, og hans samarbejdspartnere har vist, at den nano-elektroniske faseovergang i en klasse af materialer kendt som nikkelater kan styres af laserlys. Deres resultater, som blev offentliggjort i Physical Review Materials, er et vigtigt skridt inden for nye materialer til elektronik.

Nikelater er en klasse af faststofmaterialer med et sæt unikke egenskaber, herunder at de kan gennemgå en faseovergang fra ledende til isolerende adfærd. I tidligere forskning, Mattoni og kolleger viste, hvordan metal-isolator overgangen (MIT) forplantede sig gennem sådanne nikkelater. I de seneste eksperimenter, de har bevist, at MIT kan styres med laserlys. "Materialer med omprogrammerbare fysiske egenskaber på nanoskala er meget ønskede, men de er næppe tilgængelige indtil videre, " siger Mattoni.

Under deres eksperimenter på et internationalt forskningslaboratorium i Storbritannien, forskerne rettede ultrahurtige laserimpulser med en varighed på 100 femtosekunder mod en prøve af NdNiO ₃ (neodymnikkelat). "Sender en meget hurtig, højenergipuls af laserlys hævede prøvens temperatur fra 150 til 152 Kelvin i et kort øjeblik. Denne lille temperaturstigning var nok til at ændre materialets egenskaber fra isolerende til ledende. Ved at øge laserens kraft, vi kunne kontrollere, hvor isolerende eller metallisk materialet kunne være, og dermed kontrollere dens fysiske egenskaber."

Denne kontrol er også muliggjort af en anden egenskab ved materialet:hysterese (fra græsk for 'haltende bagefter'). "Opvarmning eller afkøling, materialet følger ikke det samme overgangsmønster. Vi kan bruge det fænomen til at låse materialet fast i en bestemt fase." I hverdagen, hysterese bruges til at styre termostater i køleskabe eller centralvarmeanlæg, for eksempel. Aktivering og deaktivering styres ved at detektere temperatur, så systemerne ikke konstant tænder og slukker sig selv.

Selvom denne undersøgelse var grundlæggende, praktiske anvendelser er i horisonten:materialer, hvori ledningsevnen kan tændes og slukkes, kunne bruges til afbrydere og kredsløb til nye elektroniske enheder. "Sådanne materialer kunne bruges til kunstige neurale netværk, " siger Mattoni. "Indtil videre, al udvikling inden for kunstig intelligens er foretaget i software. Hvis du kan køre algoritmer direkte med en slags hardware, du kan virkelig skabe noget, der ligner hjernen."

På trods af dets positive resultater, selve eksperimentet var ikke planlagt som sådan. "Vi arbejdede faktisk på et meget vanskeligt eksperiment, som vi måtte opgive. det betød, at vi havde lidt tid tilbage ved synkrotronen, og de få timer brugte vi til fuld effekt." Beviser, at selv i fundamental videnskab, man skal lave hø mens solen skinner.